4爆破工程地質(zhì)

1、第四章 爆破工程地質(zhì)第一節(jié)巖石性質(zhì)第二節(jié)巖石分級第三節(jié)地質(zhì)條件對爆破作用的影響第四節(jié)爆破引起的工程地質(zhì)問題第五節(jié)爆破工程地質(zhì)勘察第一節(jié)、巖石的性質(zhì)巖石的孔隙度：孔隙是指礦物顆粒之間的間隙以及噴出巖中的氣孔、可溶巖中的空洞等。巖石的密度：巖石的容重就是單位體積的巖石重量巖石波阻抗 ：表征巖石對縱波傳播的阻尼作用，它與炸藥爆炸后傳給巖石的總能量及這種能量傳給巖石的效率有直接關(guān)系，是衡量巖石可爆性的一個重要指標(biāo)。巖石的碎脹性2、爆炸荷載下巖石的強度特性巖石強度特性：三軸等壓強度大于三軸不等壓強度大于雙軸抗壓強度大于單軸抗壓強度大于抗剪強度大于抗拉強度；抗拉強度僅為抗壓強度330%；動載下巖石強度巖石

2、動態(tài)強度：巖石動態(tài)強度比靜態(tài)強度約提高1015倍第二節(jié)巖石的可爆性及可爆性分級一、巖石鞏固性分級普氏分級：20世紀(jì)20年代提出，50年代引進(jìn)我國。是工程實踐中最普遍的是用巖石的堅硬系數(shù) f 值作為巖石工程分級的依據(jù)，它是由前蘇聯(lián)M.M. 普洛托季亞可諾夫提出來的，所以叫做巖石的普氏分級法。根本思想：大多數(shù)巖石在各種方式破壞中的表現(xiàn)趨于一致。普氏提出了許多確定f 值的方法，目前只保存用下式確定 f 值的方法：普氏將巖石分為20級。修正公式：二、巖石可爆性分級巖石可爆性分級：(1)巖石波速可爆性分級(2)巖石波阻抗可爆性分級第二節(jié) 爆破工程地質(zhì)一、研究爆破工程地質(zhì)的意義：爆破實踐說明，爆破效果的好

3、壞，在很大程度上取決于爆區(qū)地質(zhì)條件的好壞和爆破設(shè)計能否充分考慮到地質(zhì)條件與爆破作用的關(guān)系。近些年來，隨著地質(zhì)力學(xué)，爆炸力學(xué)，巖石力學(xué)及巖體動力學(xué)的開展，為爆破工程地質(zhì)的研究提供了條件，促使這一學(xué)科的形成和開展。二、爆破工程地質(zhì)的研究內(nèi)容1爆破效果即研究地形、地質(zhì)條件對爆破效果的影響，以辨明有利或不利于某一種爆破的自然地質(zhì)條件，從而針對爆破區(qū)的地形、地質(zhì)及環(huán)境條件采用合理的爆破方案，指導(dǎo)爆破設(shè)計，選定正確的爆破方法和爆破參數(shù)。2爆破平安即研究與自然地質(zhì)條件有關(guān)的在爆破使用下產(chǎn)生的各種不平安因素包括爆破作用影響區(qū)內(nèi)建筑物的平安穩(wěn)定問題及有效的平安措施。3爆破后果即研究爆破后的巖體圍巖穩(wěn)定性及可能給

4、以后的工程建筑帶來的一系列工程地質(zhì)問題。三、與爆破有關(guān)的地質(zhì)條件1地形；2巖性；3地質(zhì)構(gòu)造；4水文地質(zhì)；5特殊地質(zhì)。1 地形條件對爆破作用的影響地形條件主要包括地面坡度、臨空面?zhèn)€數(shù)和形態(tài)，山體上下及沖溝分布等地形特征。這些條件是進(jìn)行爆破設(shè)計必須充分考慮的重要因素，因為爆破方法及爆破范圍的大小、爆破方量、拋擲方向和距離、堆積形狀、爆破后的清方工作以及施工現(xiàn)場布置的條件等都直接受到地形條件的影響1地形對爆破石方拋擲方向的影響地形決定了藥包最小抵抗線的方向。地形與爆破方量的關(guān)系山坡不同縱向形態(tài)拋擲效果不同圖 a 平直斜坡； b 凸出山坡； c 凹形山坡2地形與爆破方量的關(guān)系假設(shè)在三種理想的地形形態(tài)下

5、，我們來研究爆破方量與地形的關(guān)系 平地 鼓包 洼地2地形與爆破方量的關(guān)系(續(xù))假設(shè)都統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破，其它參數(shù)W、 、n=W/r=1也都是一致的：平地：鼓包：洼地：3地形與爆破其它參數(shù)的關(guān)系地形的變化對某些爆破參數(shù)的選擇有一定影響，如爆破作用指數(shù)n值、爆破漏斗可見深度、藥包間距都與地形有關(guān)，地形還影響到拋擲堆積體的形狀，拋擲距離和堆積高度等等。由上述可見，爆破方法和爆破效果在很大程度上取決于爆破地點的地形條件。因此，根據(jù)客觀的地形條件，因地制宜地選擇相應(yīng)的爆破方法是十分重要的。所以有必要研究什么樣的地形適合什么樣的爆破方法，也就是不同爆破類型對地形條件的要求問題。改造地形a 平地線定向爆破

6、b 定點定向拋擲爆破改造地形a改造斜坡地面坡度b 將凸坡改造成凹面坡4巖體性質(zhì)對爆破使用的影響自然界的巖體大多數(shù)是非均質(zhì)體，巖體的均質(zhì)與非均質(zhì)對爆破的影響作用有很大的區(qū)別。均質(zhì)巖體主要以巖石本身的性質(zhì)物理力學(xué)性質(zhì)去影響爆破作用，而非均質(zhì)巖體那么是巖體的弱性部位對爆破的影響起著決定性作用。非均質(zhì)巖體對爆破作用的影響爆破作用容易從松軟巖體部位突破而影響爆破效果。非均質(zhì)巖體對爆破作用的影響例如在山脊布置雙側(cè)作用的藥包，假設(shè)兩側(cè)巖體不同，爆破作用將主要朝向巖性較松軟的一側(cè)，加強了該側(cè)巖體的破碎，但另一側(cè)較堅硬的巖體將破碎不充分而形成巖坎。當(dāng)藥包通過不同巖層，或有較厚的松碴壓在上面，在確定炸藥單耗q值及

7、藥包間距系數(shù)時，要考慮其影響，要防止過量裝藥和產(chǎn)生根底。在確定上破裂半徑R值時，對于有較厚堆積層的斜坡，不能單純從坡度考慮，而應(yīng)視覆蓋層情況確定。覆蓋層對上破裂線的影響爆破漏斗的上破裂線下破裂線5巖體中各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)面對爆破作用的影響1應(yīng)力集中作用。結(jié)構(gòu)面破壞了巖體的連續(xù)性，在爆炸應(yīng)力作用下，巖體首先從強度最低的弱面裂開，在裂開過程中，裂隙尖端產(chǎn)生了應(yīng)力集中。2應(yīng)力波的反射增強作用。結(jié)構(gòu)面形成的軟弱帶，其密度、彈性模量及縱波速度均比巖體本身的值小。因此應(yīng)力波到達(dá)界面時發(fā)生反射，反射波與隨后傳來的波相迭加，當(dāng)相位相同時，應(yīng)力波便會增強，使弱面迎波一側(cè)巖石破壞加劇，背波一側(cè)破壞減弱。3能量吸收作用。

8、由于結(jié)構(gòu)面的反射、散射作用和軟弱帶的壓縮變形與破裂吸收了能量，使應(yīng)力波能量減弱，它與反射增強作用同時產(chǎn)生，可減輕背側(cè)巖體的破壞。5巖體中各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)面對爆破作用的影響4泄能作用。當(dāng)軟弱帶穿過爆源通向臨空面或通向巖體爆破作用范圍內(nèi)的某些空洞如溶洞、老洞等爆破能量就可能以“沖炮或其它方式溢出。5楔入作用。由于高溫高壓氣體的膨脹高速地沿弱面侵入巖體，使巖體被楔裂破壞。6斷層對爆破作用的影響斷層主要是影響爆破漏斗的形狀，從而減少或增加爆破方量，也有可能引起爆破平安事故。下面分幾種情況研究：1斷層通過藥包位置。這種情況對爆破一般是不利的，容易引起沖炮，造成平安事故，或者引起漏氣，降低爆破威力，影響爆破效

9、果。2斷層與最小抵抗線相交。這種情況要比落在藥包位置上好些，但也要看它的產(chǎn)狀與最小抵抗線 的關(guān)系及離藥包的遠(yuǎn)近，斷層遠(yuǎn)離藥包位置其影響小，反之那么大；斷層與& 交角大其影響程度小，反之那么大。6斷層對爆破作用的影響3斷層截切爆破漏斗。此種情況對爆破也有一定影響，但比前兩種情況均好一些。4斷層與爆破后邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系：它與下述因素有關(guān)：斷層的產(chǎn)狀與邊坡走向及邊坡坡度的關(guān)系；斷層帶的寬度、破碎程度和膠結(jié)程度；斷層與藥包位置的關(guān)系。其中斷層的產(chǎn)狀與邊坡的關(guān)系常起主要作用。7層理對爆破作用的影響層理與斷層不同，斷層是一個破碎帶或是單一的一個面，而層理那么是許多平行的面，層理面除一些有泥土夾層外，一般是

10、平整和閉合的，所以層理和斷層對爆破作用的影響有共性也有異性，共性是其產(chǎn)狀都是影響爆破作用的主要因素；異性是斷層視其離藥包遠(yuǎn)近而影響有大有小，層理那么沒有與藥包距離遠(yuǎn)近的問題，并且?guī)r層的厚薄對爆破的破碎程度有明顯的影響。層理面對爆破作用的影響，取決于層理面的產(chǎn)狀與藥包最小抵抗線方向的關(guān)系，現(xiàn)分述如下：7層理對爆破作用的影響1藥包的最小抵抗線與層理面平行。爆破時不改變拋擲方向，但將減少爆破方量，爆破漏斗不是成喇叭口而是成方形坑，巖塊拋擲距離將比預(yù)計的遠(yuǎn)，在這種情況下爆后常出現(xiàn)根坎，同時有可能順層發(fā)生沖炮。2最小抵抗線與層理面垂直。爆破時不改變拋擲方向，但將擴大爆破漏斗和增大爆破方量，巖體拋擲距離將

11、縮小。3層理面與最小抵抗線斜交。爆破時拋擲方向?qū)⑹艿接绊懀品搅慷鄶?shù)是減少，有時也可增加。層理的影響程度與層理面的狀態(tài)有關(guān)，張開或有泥夾層的層理面影響尤為明顯，閉合的層理面影響就小些。4層理面對爆破后開挖邊坡穩(wěn)定性的影響。其影響程度取決于層理的產(chǎn)狀和邊坡面的關(guān)系。8層理面與最小抵抗線平行a斷面圖； b 平面示意面層理面與最小抵抗線垂直折線為實際爆破漏斗層理面與最小抵抗線斜交a斷面圖； b 平面圖W1為設(shè)計最小抵抗線，w2為實際拋擲方向，粗折線為實際爆破漏斗線9褶曲對爆破作用的影響褶曲對爆破作用的影響與單斜巖層有所不同，單斜巖層的層理是平直的，其開放性好。褶曲特點：層理面是彎曲的，其開放性受到

12、彎曲面的限制。此外褶曲巖層一般比較破碎，如野外見到褶曲發(fā)育的巖層多為頁巖、片巖、砂巖和薄層灰?guī)r，構(gòu)造節(jié)理、裂隙都很發(fā)育。影響：褶曲產(chǎn)狀對爆破作用的影響不象單斜巖層那樣明顯，主要表現(xiàn)為巖質(zhì)的破碎性對爆破作用的影響，而產(chǎn)狀的影響表現(xiàn)在向斜褶曲比背斜褶曲明顯，原因是向斜褶曲的開放性比背斜的開放性好，所以爆破能量容易從褶曲層面釋出而引起爆破拋擲方向的改變或影響到爆破漏斗的擴大或縮小，背斜那么不易改變爆破方向，但可減弱拋擲能力或擴大藥包下部壓縮圈的范圍，對有基底滲漏問題的水工工程須引起注意。褶曲對爆破后邊坡穩(wěn)定的影響和褶曲軸線與邊坡的關(guān)系有關(guān)，大爆破路塹邊坡調(diào)查結(jié)果認(rèn)為，當(dāng)構(gòu)造軸線與邊坡走向交角小或平行

13、時，加上巖性的差異大和邊坡高陡的情況下是不利于爆破后邊坡穩(wěn)定的。10節(jié)理裂隙對爆破作用的影響地殼上的巖體很少不受節(jié)理裂隙的切割，它對爆破的影響取決于節(jié)理裂隙的張開度、組數(shù)、頻率。以及產(chǎn)狀與爆破作用的關(guān)系。有些巖體中的節(jié)理，雖然組數(shù)較多，但常僅有一組或兩組起主導(dǎo)作用，那么它們對爆破的影響主要由這一兩組決定。當(dāng)巖體僅受到一組主節(jié)理割切時，其對爆破的影響與層理的影響相似。有時大的節(jié)理裂隙對爆破的影響那么往往與斷層相似。當(dāng)巖體受到兩組主節(jié)理的割切時，它們的影響作用就與層理有明顯差異，這時爆破拋擲方向一般不容易改變，爆破方量可能受到一定影響。11軟弱夾層對爆破作用的影響軟弱夾層，常常引起爆破事故和影響爆

14、破效果及后果，為某鐵路一大爆破工點，由于石灰?guī)r中有一層粘土夾層，厚0.20.3m，藥室正好落在這一軟弱夾層處，爆破時爆炸氣體由夾層沖擊，形成一股強烈的空氣沖擊波和大量的飛石沖擊工點的河對岸，造成毀壞民房數(shù)十間的事故。實例某大爆破工點夾層對爆破的影響實例 軟弱夾層，常常引起爆破事故和影響爆破效果及后果，為某鐵路一大爆破工點，由于石灰?guī)r中有一層粘土夾層，厚0.20.3m，藥室正好落在這一軟弱夾層處，爆破時爆 炸氣體由夾層沖擊，形 成一股強烈的空氣沖擊 波和大量的飛石沖擊工 點的河對岸，造成毀壞 民房數(shù)十間的事故。1 藥包； 2 粘土夾層山東棗莊水泥廠礦山洞室大爆破水泥廠石灰石礦山設(shè)計拋擲方向W藥包

15、實際拋擲方向原因：疑心有軟弱夾層，改變了拋擲方向結(jié)果：把自己的廠房給砸了！12特殊地質(zhì)條件下的爆破問題a巖溶對爆破作用的影響在可溶巖層中進(jìn)行大爆破，常碰到巖溶對爆破的影響問題，礦山爆破還遇到老洞窿或采空區(qū)對爆破的影響問題。1改變抵抗線的方向使 土石方量朝著溶洞的薄弱 方向沖出而改變了設(shè)計拋 擲方向和拋擲方量。 右圖為溶洞對大爆破的影響a巖溶對爆破作用的影響2引起沖炮，造成爆破平安事故以下圖為溶蝕縫引起的沖炮事故。3降低爆破威力，影響爆破效果。一些溶蝕溝縫或巖溶中的充填粘土常常造成爆破漏氣和吸收爆破能量而降低爆破威力、縮小爆破漏斗，減少爆破方量。a巖溶對爆破作用的影響4影響爆破巖石的塊度，造成爆

16、破不均，有的地方炸得很碎，有的出現(xiàn)大塊或沒有松動。5影響爆破施工，造成施工平安事故，如巖溶水的危害、開挖坑洞的崩塌、陷落現(xiàn)象。6影響爆破后邊坡的穩(wěn)定，據(jù)調(diào)查，處于巖溶的工點有三分之二都有不同程度的危害。b巖堆及滑坡與爆破的關(guān)系巖堆及滑坡體通常是處在不穩(wěn)定或極限平衡狀態(tài)，采用大爆破開挖更容易造成危害，一方面爆破氣體容易沿著巖堆與基巖接觸面或滑動面擴散而影響爆破效果，另一方面又會引起巖堆及滑坡體的劇烈活動，所以一般不宜進(jìn)行大爆破。如果巖堆或滑坡體下部的巖石比較好，利用大爆破將整個巖堆或滑坡體炸掉那么是可以的，但在施工中必須注意其活動狀況，防止發(fā)生事故。c地表水及地下水對爆破作用的影響由于巖體中的空

17、隙充填了水以后，水對應(yīng)力波起了傳遞作用而彌補了空隙對應(yīng)力波能量的吸收、反射、泄漏、楔入、應(yīng)力集中等各種作用。水的這一特點，有好處，也有害處：對于陸地的工程爆破，水的作用是害多益少。首先是給施工帶來困難。如地下洞室開挖的防水和藥包防水問題，此外由于增強應(yīng)力波的傳播作用而會帶來擴大爆破破壞作用的范圍。爆破工程也有利用水來改善爆破作用的，如在炮孔中注入水來改善爆炸初始應(yīng)力對孔壁的作用；水下爆破利用水傳遞爆炸應(yīng)力波來壓實水底淤泥或軟土；城市撤除爆破用水壓爆破破碎容器式構(gòu)筑物等等。第四節(jié)、爆破引起的工程地質(zhì)問題爆破特別是大爆破后可能引起的工程地質(zhì)問題，主要是邊坡穩(wěn)定問題。定向爆破筑壩所形成的高邊坡漏斗坑，如果產(chǎn)生危險邊坡，經(jīng)常出現(xiàn)危石，將使水力樞紐工程的平安運轉(zhuǎn)受到威脅。鐵路交通的路塹邊坡因不適當(dāng)?shù)谋圃斐蛇吰虏环€(wěn)定，將影響正常運營。露天礦的邊坡穩(wěn)定