第五章--爆破工程地质.ppt
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第五章爆破基础知识与常用钻孔设备,第一节工程地质及对爆破效果的影响,爆破的主要对象是岩石,因此只有在熟悉岩石性质基础上,才能取得良好的爆破效果。
岩石的坚硬程度和岩体的完整程度决定了岩体的基本性质。
爆破实践表明,岩石构造不仅对工程爆破效果有直接的影响,而且会对爆破安全和爆后工程岩体(如围岩、基岩和边坡等)的稳定性带来一定的安全隐患。
因此,工程地质因素对工程爆破施工有重要影响。
一、工程地质
(一)岩石分类地球表层是一层由固体物质组成的硬壳,这层硬壳通常称为地壳。
地壳的具体物质组成就是岩石(土)。
岩石(土)种类很多,按其成因可分为以下三大类型:
岩浆岩、沉积岩、变质岩。
1、岩浆岩由熔融的岩浆在地壳内部或表面冷凝结晶而形成的岩石,如花岗岩、刘纹岩、闪长岩、正长岩及正长斑岩、玄武岩等。
岩浆岩亦称火成岩。
岩浆:
地壳下面存在高温、高压的熔融硅酸盐物质。
岩浆岩:
也称火成岩。
来自地球内部的熔融物质,在不同地质条件下冷凝固结而成的岩石。
角砾岩,岩浆岩的坚固性主要与其产状和结构构造密切相关。
1、一般而言,结晶的矿物颗粒越细、结构越致密,则强度越高,坚固性较好。
2、一般而言,侵入岩坚硬完整,粘结性好,韧度高,喷出岩相比较粘结性略差,脆性。
在浙江常见的岩浆岩的情况1、在浙江的工程施工中比较常见的岩浆岩主要有花岗岩、流纹岩、角砾岩、各种凝灰岩等。
2、花岗岩分布于浙江全省,在各地工程施工中都有见到。
现已探明储量的花岗岩矿有安吉、文成、武义、诸暨、东阳。
3、岩浆岩主体分布情况是:
绍兴、诸暨、东阳、缙云、丽水以东的区域。
2、沉积岩由陆地或海洋中的沉积物(如卵石、砂、黏土等)经胶结硬化而形成的岩石,如角砾岩、石英砂岩、石英长石砂岩、铁质砂岩、钙质砂岩、粉砂岩等。
又称为水成岩,是三种组成地球岩石圈的主要岩石之一。
是在地表不太深的地方,将地表母岩的风化产物、一些火山喷发物、有机物及少量宇宙物质,经过水流或冰川的搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。
沉积岩层的天然剖面,岩层面向图右内侧倾斜,页岩:
不同时期沉积的岩层颜色、厚度、固结程度等在地质断面清晰可见。
石灰岩盆景,可见清晰的沉积层理,丹霞地貌,红砂岩,沉积岩的特性1、其坚固性与矿物颗粒成分、粒度和形状有关,并与胶结成分和颗粒间胶结的强弱有关。
2、组织致密、胶结牢固和孔隙较少的岩石,坚固性最好,而胶结不牢固,存在许多结构面弱面和孔隙的岩石,坚固性最差。
在浙江的沉积岩1、在浙江工程施工中常见的沉积岩为石灰岩、砂砾岩、红砂岩。
2、石灰岩主要分布于长兴、临安、萧山、绍兴、杭州、富阳、桐庐、建德、兰溪、衢州、常山、江山等地。
3、砂砾岩和红砂岩主要分布于义乌、永康、金华、衢州等地。
3、变质岩由原来岩浆岩或沉积岩,经过变质作用而形成的岩石,如片岩(云母片岩、绿泥石片岩、滑石片岩、角闪石片岩)正变质岩:
由岩浆岩形成的变质岩。
如花岗片麻岩。
副变质岩:
由沉积岩形成的变质岩。
如大理岩、板岩、石英岩、千枚岩等。
变质岩的特性一般来说,变质岩的变质程度越高,矿物重新结晶越好,结构越紧密,坚固性就越好。
在浙江的变质岩在浙江的变质岩主要是石英岩,在长兴、安吉有大型的石英矿。
由于风化、流水和风等各种地质因素作用的结果,形成各种堆积物,这些堆积物尚未硬结成岩,一般统称为松散沉积物。
岩石的结构是指岩石中矿物的结晶程度、晶粒大小和形状等岩石内部结合的特征。
岩石的构造是指岩石中矿物的排列和相互配置的关系在外貌上的特征。
(二)与爆破有关的地质作用1、地下水存在于岩石或土的孔隙、裂隙或空洞中的水蒸汽、液态水及固态水统称为地下水。
上层滞水地下水(埋藏条件不同)潜水自流水,1)上层滞水是存在于包气带中局部隔水层之上的重力水。
2)潜水地表以下(饱水带中),第一个具有自由表面的稳定含水层中的重力水。
自由表面:
即没有隔水顶板限制,与大气直接相通。
3)自流水也即承压水,充满于两个隔水层(弱透水层)之间的含水层中的水。
2、岩溶岩溶指可溶性岩层(如石灰岩、白云岩等)被水溶蚀而形成的各种洞穴及各种奇观的空洞自然形态。
在爆破施工中,岩溶有可能使爆破能量消失于地下而达不到预期的爆破效果,或者溶面本身就是岩体破坏最好的自由面,从而改变预期爆破漏斗的形成、影响爆破范围的大小,或者由于岩溶的发育,使整个爆破区域内的岩体处于不稳定临界状态,在爆破作用下产生地盘陷落、崩塌、地下水渗漏或涌水等现象。
溶洞对爆破作用的影响1)改变抵抗线的方向,使土石方量朝着溶洞的薄弱方向冲出而改变了设计抛掷方向和抛掷方量,如图所示,2)引起冲炮,造成爆破安全事故,如图所示。
3)降低爆破威力,影响爆破效果。
4)影响爆破岩石的块度,造成爆破不均,有的地方炸得很碎,有的出现大块或没有松动。
5)影响爆破施工,造成施工安全事故,如岩溶水的危害、开挖坑洞的崩塌、陷落现象。
溶洞对爆破的影响,6)影响爆破后边坡的稳定,据调查,处于岩溶的工点有三分之二都有不同程度的危害。
溶洞对爆破的影响,3、崩塌崩塌是指在陡峻斜坡上巨大岩块突然发生崩落的现象,崩落时岩块倾倒翻转,互相撞击破碎堆积在破脚下,当在构造节理发育、岩石比较破碎地带进行硐室爆破时,很容易形成崩塌。
4、滑坡滑坡是指斜坡上的岩土在重力作用下,失去了原有的稳定状态,沿着一定的滑动面向下作整体性缓慢滑动的现象。
爆破时,若岩体存在软弱结构面,由于爆破的振动作用,岩体层间的黏结力被破坏,便可能发生滑坡。
(三)岩石的主要物理力学特性岩石的主要物理力学特性包括岩石的密度、孔隙率、含水率、风化程度、波阻抗、可爆性等,具体含义如下:
(1)密度:
单位体积的岩石质量;一般岩石密度为14003000kg/m3。
密度与容重是有区别的。
容重也称为重度,指单位容积内物体的重量,常用于工程上指一立方的重量,如单位体积土体的重量。
容重=密度*g=kg/m*g,单位是牛/立方米(N/m),几种常见岩石的指标岩石种类密度重度砂岩20002600kg/m32.62.75kg/m3页岩20002400kg/m32.572.77kg/m3石灰岩22002600kg/m32.482.85kg/m3凝灰岩25003300kg/m3花岗岩26303300kg/m3褐煤12001400kg/m3无烟煤13001500kg/m3,
(2)孔隙率:
岩石中空隙体积与岩石所占总体积之比;常见的孔隙率一般在0.1%30%之间。
随着孔隙率的增加,岩石中冲击波和应力波的传播速度降低。
岩石的孔隙度增大,使岩石的整体性削弱,使岩石的密度、强度降低,使透水性增大,风化速度加快,并导致力学强度降低。
岩石中的裂隙分为原生裂隙、构造裂隙、次生裂隙三种。
(3)含水率:
岩石中水的含量与岩石颗粒质量之比;含水率增加,岩石的抗剪能力降低,岩石承载力减少,变形增大;含水率减少,岩石的抗剪能力增大,岩石承载力增加,变形减少。
(4)风化程度:
岩石在地质内应力和外力作用下发生破坏、疏松的程度;岩石的风化程度可分为未风化(新鲜岩石)、微风化、弱风化、强风化和全风化。
一般来说,风化程度越高,岩石的孔隙率和变形性增大,岩石的强度和弹性性能就越低,从爆破的角度来说,就是破岩越容易。
(5)波阻抗:
岩石中纵波波速与岩石密度的乘积,它反映纵波传播的阻尼作用;岩石的这一性质与炸药爆炸后传给岩石的总能量及这一能量传递给岩石的效率有直接关系。
通常认为选用的炸药波阻抗若与岩石波阻抗相匹配(接近一致),就能较好的爆破效果。
(6)硬度:
岩石抵抗工具侵入的能力;(7)坚固性系数:
岩石抵抗外力挤压破坏的比例系数;以前常用普氏系数(符号f)表示;(8)可钻性:
在岩石中钻凿炮孔的难易程度;(9)可爆性:
岩石在爆炸能量作用下发生破碎的难易程度,(四)岩石分级标准我国土岩类别划分执行工程岩体分级标准(GB50218)和岩土工程勘察规范(GB50021-2001),不再使用普氏系数。
根据上述标准和规范,岩石分为极软岩、软质岩(软岩、较软岩)、硬质岩(较硬岩、坚硬岩)三类。
二、爆破地质对爆破效果的影响
(一)爆破效果描述爆破效果就是实施爆破后,使爆体形成的破坏形态、块度、对周围环境影响的综合结果。
评价一次爆破效果的好坏,主要是评价该爆破效果与实施前的预期效果是否相符。
由于爆区周围环境的不同,对爆破对象处理的方法不同,对爆破效果的控制也不同。
通常情况下,爆破效果的好坏可以从以下四方面进行描述。
1、爆破块度爆破块度是指介质在爆破后形成的一定形状和尺寸的块体。
通过对爆破对象的了解,确定合理的孔网参数(或药包布置)、装药结构、起爆方式,实现预期的大块率、块度级配或块度大小与形状。
2、爆堆形态爆堆形态指介质在爆破后堆积的状态。
根据爆破对象的形态和条件,以合理的爆破设计,实现爆堆的形态符合施工要求,如爆堆适宜装载,抛掷体堆积位置和抛掷体积大小得到控制。
3、爆破效果指爆破后呈现的最终结果。
如块度级配符合要求,边坡稳定,开挖面平整,淤泥被挤出某区域,爆堆集中,定向准确等等。
4、爆破危害效应是指爆炸产生的爆破地震波、空气冲击波、飞散物、毒气等对周围人员、建筑、设施等造成的危害程度。
根据爆区周围的环境条件和爆破对象的现状,以合理的爆破参数和警戒不知确保人身、财产、建筑物、构筑物的绝对安全。
每次爆破不一定全部实现以上四种爆破效果的控制,但往往一次爆破需要同时实现几种控制目标。
(二)地质条件对爆破效果的影响大家知道,岩石的基本性质决定了开挖岩石的方法,也决定了岩石的可钻性和可爆性。
在进行具体的爆破设计时,爆破参数的选取也与岩性有密切的关系。
大量的工程实践表明,除岩性与爆破有关外,地形、地质条件对药包布置和爆破效果的影响也不容忽视,有时甚至是爆破成败的关键。
1、结构面对爆破的影响岩土工程爆破时,除炸碎孤石、大块的二次该炮及规模不大的浅孔爆破等是在单一的岩层(岩石)中进行外,大多数爆破的药包是布置在地壳的岩体中。
岩体是非连续介质的地质结构体,他是由岩石介质构成并受到多种地质结构面切割而成的。
因此,结构面和结构体(岩石)是构成岩体结构的两个基本要素。
地质结构面主要包括:
断层、层理、节理和片理。
根据结构面的形成原因,可分成如下三种类型:
原生结构面:
在岩石形成过程中产生。
构造结构面:
在地壳运动中由构造应力的作用而产生。
次生结构面:
岩体受卸荷、风化、地下水等次生作用所形成。
原生结构面:
如沉积岩的层理、层面、不整合面、沉积软弱夹层;岩浆岩的流动面、原生裂隙、侵入岩与围岩的接触面等;变质岩中的片理、板理、片麻理、混合岩层面等。
构造结构面:
如断层、裂隙和劈理等。
次生结构面:
风化裂隙、卸荷裂隙、爆破裂隙等。
在爆破工程中,结构面的发育程度和形状对单位炸药消耗量和爆破安全起决定性作用。
地质构造可归纳为褶皱和断裂两大类型1)褶皱构造褶皱的形态基本上分为背斜和向斜两种。
褶皱示意图,岩石中面状构造(如层理、劈理或片理等)形成的弯曲,单个的弯曲也称褶曲。
褶皱的面向上弯曲,两侧相背倾斜,称为背形;褶皱的面向下弯曲,两侧相向倾斜,称为向形。
如组成褶皱的各岩层间的时代顺序清楚,则较老岩层位于核心的褶皱称为背斜;较新岩层位于核心的褶皱称为向斜。
正常情况下,背斜成背形,向斜成向形。
但在特殊情况下也会出现相反的情况。
褶皱,2)、断裂构造顾名思义,断裂是指岩层被断错或发生裂开。
据其发育的程度和两侧的岩层相对位错的情况把断裂分为三类。
一类叫劈理,是微细的断裂变动,还没有明显破坏岩石的连续性。
最常见的劈理是在褶曲的核部发育的轴面劈理,常呈扇形(以褶皱轴面为对称轴)。
第二类称节理,是岩层发生了裂开但两盘岩石没有发生明显的相对位移的断裂变动。
按其形成的力学性质,节理可分为张节理和剪切节理。
节理常成组出现,如“X”-形的共轭节理。
节理一般是闭合的,裂隙一般是有张开度的。
共轭节理,柱状节理,第三类是断层,如果断裂两盘的岩石已发生了明显的相对位移,则称断层,是最重要的一类断裂。
按两盘相对运动的方向,断层可分为基本的三类;正断层、逆断层和平推断层。
断层的类型,正断层,上盘下降,正断层形成动画,爆破工程地质,逆断层,上盘上升,逆断层形成动画,爆破工程地质,平移断层,水平错动,平移断层形成动画,爆破工程地质,断层使岩层或矿体遭受切割、破坏,甚至错失,出现破碎层带,这会破坏露天矿边坡稳定性,也会给地下开采带来困难。
原生结构面1):
层理(层面)在岩石形成过程中产生的,由物质成分、颗粒大小、颜色、结构构造等的差异而表现出的岩石成层构造。
岩石层之间的分割面称为层理面。
相邻两个层理面的垂直距离为岩层的厚度。
一般厚几厘米至几米,其横向延伸可以是几厘米至数千米。
水平岩层,陡倾岩层,直立岩层,2)不整合面如果一个地区沉积了一套岩层,之后有上升露出水面并遭受剥蚀,造成长时间的沉积间断,然后再重新下降接受沉积,即在先后沉积的地层之间缺失了某一时期的地层,造成上、下地层时代的不连续。
上、下地层之间的这种接触关系称为不整合接触。
不整合接触的上、下地层之间隔着一个大陆剥蚀面,这个面就叫不整合面。
不整合面,岩石结构面的产状三要素产状:
是指地质体在地壳中的空间分布位置和产出状态。
通常用走向、倾向、倾角三个要素来表示。
走向:
岩层的延伸方向倾向:
岩层的倾斜方向倾角:
岩层的倾斜程度,断层对爆破效果的影响,断层对爆破效果的影响层,对爆破来说,结构面的影响将更为显著。
结构面对爆破的影响可归纳为五种作用:
(1)应力集中作用。
由于软弱带或软弱面的存在,使岩石的连续性遭到破坏。
当岩石受力时,岩石便从强度最小的软弱带或软弱面处首先裂开,在裂开的过程中,在裂缝尖端发生应力集中,特别是岩石在爆破应力作用下的爆破是瞬时的,来不及进行热交换且处于脆性状态,结果使应力集中现象更加突出。
因此,在岩石中软弱面较发育的部位,其单位炸药消耗量应相应降低。
(2)应力波的反射增强作用。
当应力波传至软弱带的界面处时发生反射,反射回去的波与随后继续传来的波相叠加,当相位相同时,应力波便会增强,使软弱带迎波一侧岩石的破坏加剧。
对于张开的软弱面,这种作用亦较明显。
软弱带和软弱面对爆破效果的影响问题,应视爆破规模区别对待,对于小规模的药包爆破,不大的裂隙面即可影响其效果,对于大规模的群药包爆破,小的断层破碎带对其影响不显著。
(3)能量吸收作用。
由于界面的反射作用和软弱带介质的压缩面形与破裂,使软弱带背波侧应力波因能量被吸收而减弱,它与反射增强作用同时产生。
因此,软弱带可保护其背波侧的岩石,使其破坏减轻。
同样,空气充填的张开裂隙也有吸收能量的作用。
(4)泄能作用。
当软弱带或软弱面穿过爆源通向自由面(工程上也有叫临空面)由爆源到自由面之间软弱带或软弱面的长度小于爆破药包最小抵抗线的某个倍数时,装药的能量便可以“冲炮”或以其他形式泄出,使爆破效果明显降低。
在爆破作用范围以内,如果有大溶洞存在,亦会发生泄能作用。
(5)楔入作用。
在高温高压爆炸气体的膨胀作用下,爆炸气体沿岩体软弱带高速侵入时,将使岩体沿软弱带发生楔形块裂破坏。
2、地形对爆破的影响地形条件是影响爆破效果的重要因素。
地形条件就是爆破区的地面坡度起伏、自由面的形状和数目、山体高低、冲沟分布等地形特征。
不同地形条件下要因地制宜地进行爆破设计,利用好可以节省爆破成本,有效控制爆破抛掷方向,反之易造成安全事故。
多个自由面会增加岩石的破坏范围和效果,自由面数目与爆破单位体积岩石的单耗药量成反比。
松动爆破与加强松动爆破,在陡坡悬崖及多面临空的地形条件下,经济效果更为显著,炸药单耗通常为0.30.6kg/m3。
平坦地面的抛掷爆破,一般单耗为1.52.0kg/m3。
在斜坡地面上进行抛掷爆破时,往往要求将岩块抛出爆破漏斗或路堑境界以外,以降低山体高度和减少装运工程量。
这类爆破的炸药单耗通常为0.81.5kg/m3。
其抛掷百分率与地形有关,地形坡度愈陡,抛掷率愈高,最大可达70%80%左右。
深孔爆破和条形药包硐室爆破设计中,第一排药包的布置和装药结构必须根据地形的变化加以调整。
在爆区天然地形不利于达到需要的爆破目的时,改造地形是爆破设计中的重要措施之一。
在改造地形时,必须注意辅助药包开创的临空面应能准确引导后面主药包的抛掷方向,否则会影响爆破效果。
3、地下水对爆破的影响在硐室爆破中地下水对爆破的影响主要是对爆破前的导硐、药室开挖、装药、填塞等施工条件有直接影响。
如果导峒、药室处在地下水位以下,对药包的有效防水措施应特别注意,否则将造成盲炮或影响爆破效果。
对地下水发育地区,应该采用防水炸药,或在药室设计时采取有效的排水措施,消除地下水的危害性。
在钻孔爆破中地下水对爆破的影响主要是对钻孔和装药、填塞作业的影响。
当钻孔达到地下水位以下时,孔内渗水使得凿岩岩屑不易吹出孔外,容易发生卡钻。
在装药过程中,如孔内有水,即使装入防水炸药,也会因水的浮力使药卷难以沉入孔底,有时装入的药卷会因脱节不连续而发生拒爆,影响爆破效果,造成安全隐患。
在填塞炮孔时若孔口满水,回填的砂土粒不能及时下沉,使得孔口填塞不严实常会发生冲炮,减弱爆破作用力。
在这种情况下,及时排水和采取有效的装药、填塞措施是十分必要的。
如下图所示,在不同的台阶进行钻孔爆破时,会发现各台阶炮孔内水位的情况是不一样的。
第一个台阶的炮孔孔底有不同深度的水,第二台阶的炮孔水很少甚至是无水,在最下面的地层中的炮孔将满水。
(三)构件材料的差异对爆破效果的影响1、材料的种类及其物理、力学性质的影响对于砖、石、混凝土和钢筋混凝土来说,不仅它们之间的物理、力学性质各不相同,即使是同一种材料也有很大的差异。
以混凝土为例,由于组分、配比、生产工艺不同,其标号也不相同,抗压强度有时相差一个数量级。
因此,使用同样的药量,爆破效果也会明显不同。
2、材料非均质性的影响同一种材料各处密度并不完全相同。
尤其是砖砌体的砌缝、混凝土的蜂窝麻面易造成爆炸气体泄漏,使药孔内的爆炸压力降低,甚至改变最小抵抗线方向,影响爆破效果。
第二节爆破作用,炸药在岩土等介质内爆炸时,对周围介质的作用称为爆破作用。
由于介质的非均质性、爆炸反应的特殊性(高温、高压、高速)和爆炸过程的瞬发性、复杂性、模糊性等多因素的影响;爆破介质破碎过程是非常复杂的。
人们对爆破破坏机理仍然不是十分了解,只能通过一些实验对爆破现象进行解释。
用爆破方法破碎岩石的特征实验法,长杆现象1、临近炸药端石杆被粉碎再远裂隙;2、远离炸药端石杆被破坏成块,愈近炸药端破块愈大;3、中间石杆无明显变形,只有弹性变形(震动区)4、药量不同,各区范围不同,当药量增大到一定程度后,粉碎、裂隙、片落三区扩大,而震动区不存在。
(四)、现场条件下球形内部药包爆破试验可以发现在药量相等的情况下因药包离地面(自由面)距离不同,爆破的效果各不相同最小抵抗线变小,片落区(爆破漏斗)越来越大。
一、爆破作用的基本原理
(一)爆破作用的破坏机理装药在岩土等固体介质中爆炸后,瞬间爆炸气体压力可达104105MPa的量级,在形成高温高压爆轰气体的同时还产生爆炸冲击波,冲击波在固体介质内自爆源向四周传播过程中,强度逐渐衰减变为应力波,进一步衰减后变为地震波直至消失,如下5-1,
(二)炸药在介质内部的爆炸作用假设介质为均质(各向同性),当炸药置于无限均质介质中爆炸时(炸药埋置很深或炸药量很少,爆后地表无破坏现象),在岩石中将形成以炸药为中心的由近及远的不同破坏区域,分别称为粉碎区、裂隙区及弹性振动区(图5-2)。
1、粉碎区炸药爆炸后形成的压力高达几万MPa、温度达3000以上,高温、高压爆炸气体迅速膨胀作用在孔壁上,将岩石粉碎成微细的颗粒,把原来的炮孔扩大成空腔,称为粉碎区。
如果岩石是可塑性的(如软岩和硬土),就会被压缩形成空腔;如果岩石是弹脆性的,就会被粉碎形成压碎区。
在压碎区范围内,由于岩石遭受到压缩或粉碎性破坏,能量消耗很大,爆破作用力急剧减小,其半径一般不超过药包半径的47倍。
粉碎区对实际施工的指导作用:
一些学者的理论研究表明:
对于球形装药,粉碎区半径一般是药包半径的(1.281.75)倍;对于柱形装药,粉碎区半径一般是药包半径的(1.653.05)倍。
虽然粉碎区的范围不大,但由于岩石遭到强烈粉碎,能量消耗却很大。
因此,爆破岩石时,应尽量避免形成粉碎区。
不耦合装药就是为了达到避免或减少形成粉碎区而采取的有效措施。
2、裂隙区(破裂区)随着冲击波传播范围的扩大,冲击波衰减为压缩应力波,其强度不再能直接压碎岩石。
但会使外围岩层中产生径向扩张和切向拉伸应变,当切向拉伸应变超过岩石的动抗拉强度时,在外围岩层中就会产生径向裂隙;当切向拉伸应力小到低于岩石的动抗拉强度时,会产生与压缩应力波作用方向相反的向心拉伸应力,使岩石质点产生反向的径向移动,当径向拉伸应力超过岩石的动抗拉强度时,在岩石中便会出现环向的裂隙;,同时,径向和切向裂隙的共同作用,还会在与径向呈45方向上形成剪切裂隙。
岩体被割裂成块,此区域称为裂隙区(亦称破裂区),其范围大约为药包半径的120150倍。
一般说来,岩体内最初形成的裂隙是由应力波造成的,随后爆炸气体渗入裂隙起着气楔作用,并在静压作用下使应力波形成的裂隙进一步扩大。
3、振动区在破裂区以外的区域,爆破作用力已衰减到不能使岩石的结构产生破坏,而只能引起岩石颗粒产生弹性振动。
这一区域叫做振动区。
在工程中,利用爆炸空腔(压缩区)和压碎区,可以开设小药洞构筑建筑物的爆扩桩基础以及埋设电杆的基坑等;利用裂隙区,可以松散岩石、硬土和冻土,在石井中爆破扩大涌水量等;利用振动区,可以勘查地质和地下油气、监测预报爆破震动对周围环境的影响程度等。
(三)炸药在介质外部的爆炸作用当炸药埋置很浅或炸药量相对较大时,药包爆破后除产生内部破坏作用外,还会在地表产生破坏作用(地表隆起或岩石被抛离地表形成爆破漏斗),这种在地表附近产生的破坏作用称为外部爆炸作用。
爆破漏斗将球形药包埋置在一个水平自由面下的岩石中爆破时,如果埋置深度合适,则爆破后将会在岩石中由药包中心到自由面形成一个倒圆锥体的爆破坑,这坑就叫做爆破漏斗,如下图所示。
爆破漏斗的要素:
(1)爆破漏斗半径r。
(2)最小抵抗线W。
(3)漏斗破裂半径R。
(4)漏斗可见深度P。
(5)漏斗张开角。
(1)标准抛掷爆破漏斗,当爆破作用指数n=1,漏斗张开角等于90
(2)加强抛掷爆破漏斗,1n3。
漏斗半径r大于最小抵抗线W,漏斗张开角也大于90。
(3)减弱抛掷爆破漏斗,0.75n1。
漏斗半径r小于最小抵抗线W,漏斗张开角也小于90,也叫加强松动爆破。
(4)松动爆破漏斗,0.4n0.75.地表上只看到鼓包现象,而看不到爆破漏斗,这样的漏斗称为松动爆破漏斗。
1、自由面的概念自由面亦叫临空面,通常是指被爆介质与空气的交界面,也是对爆破作用能产生影响并能使爆后介质发生移动的一个面。
自由面的数目、自由面的大小、自由面与炮孔的夹角以及自由面的相对位置等,都对爆破作用产生不同程度的影响。
自由面越多,爆破破碎越容易,爆破效果也越好。
当介质性质、炸药品种相同时,随着自由面的增多,炸药单耗将明显降低。
自由面的个数对爆破效果有很大影响。
一般来说,随着自由面面积的增加,介质爆破夹制作用将变小,这有利于介质的爆破破坏。
其他条件不变,炮孔与自由面的夹角愈小,爆破效果愈好。
炮孔垂直于自由面时,爆破效果最差;炮孔方向平行于自由面,爆破效果最好,见图5-3所示。
因此,施工中应尽可能地利用临空面以达到较好的爆破效果。
能否利用岩石介质的自重下落亦对爆破效果有影响。
2、自由面影响下的破坏作用机理在临空面附近,介质的表面以外无约束,其抗拉、抗压、抗剪强度都比无限介质情况小。
因此,在传播过程中已经衰减的冲击波,如在无限介质中不能使介质破坏,而在有临空面的情况下,却仍有可能使介质发生破坏。
这是因为在一定范围内,冲击波(压应力波)到达临空面反射形成反射拉伸波,并由临空面向介质内部传播。
由于拉伸波的拉伸作用,在临空面附近的介质中便出现与临空面成近似平行的裂隙,使介质发生“片落”形成“片落漏斗”,其破坏过程如图5-4所示。
反射拉伸波向介质内部传播过程中还与径向裂隙相互作用,使平行反射波阵面的裂隙以较快的速度扩展,裂缝贯通后,介质内部阻力减小,在爆炸气体作用下,破碎的介质从表面
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