CN110887743B - 大尺寸岩体锚固结构面剪切试验爆破动载荷施加方法 - Google Patents
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Abstract
一种大尺寸岩体锚固结构面剪切试验爆破动载荷施加方法,首先,依据露天矿山爆破开采工况或井下煤矿爆破卸压工况,统计分析后确定大尺寸岩体锚固结构面剪切试验的试验需求,设计剪切试验下试样的内部预埋雷管的炸药量、位置排列,采用长方体钢模具浇筑大尺寸岩体结构面混凝土试样;其次,通过数据处理计算机生成雷管引爆控制电信号,并传输到光纤交换机生成控制光信号;再次,光信号经过光电转换生成控制电信号;最后,通过许用电缆将控制电信号传输到电信号分散控制器,电信号经分算控制器放大后通过雷管引线控制雷管爆炸范围和顺序,从而产生满足试验需求的爆破动载荷。本发明能避免油缸施加爆破动载荷的局限性和雷管爆破的不安全问题。
Description
技术领域
本发明涉及大尺寸岩体锚固结构面剪切试验爆破动载荷施加方法,属于室内物理力学试验技术领域。
背景技术
在大型水电工程、高速铁路、深部资源开采、战略石油储备以及核电工程等大型建设项目施工过程中,由于岩体结构面的存在,工程区岩体的稳定性及灾变问题相当突出。尤其是在大型露天矿山开采或井下煤矿卸压过程中,爆破法经常被使用,更易造成岩体结构面的失稳,轻则严重影响生产,重则造成人员伤亡和设备及矿产资源的重大损失。针对此问题,锚固技术是岩土工程加固的一种重要手段,以其独特的加固效益、便捷的施工工艺和相对低廉的经济造价在岩石工程领域得到大力发展和广泛使用。然而,由于锚固理论的研究一直落后于工程实践,工程实践仍采用工程类比法或半理论半经验方法,往往忽略了爆破动载荷对结构面失稳的影响,现有的计算分析模型存在理论与实际情况出入较大,甚至出现设计理论在很大程度上不能反映动载荷作用下锚固内在力学机制的问题,这种现象在锚固结构面受剪切和爆破动载扰动作用方面尤为明显。目前一些学者采用大尺寸混凝土或岩石试件(结构面尺寸介于30cm×30cm和30cm×80cm范围)和高强度钢筋(直径8~40mm)开展了单节理或双节理直剪试验。存在以下问题:(1)目前试验采用的岩体结构面尺寸与工程现场真实岩体结构面尺寸相比较小,不能真实的反应锚固结构面的失稳机制;(2)目前试验没有考虑爆破动载荷对锚固结构面失稳的影响,导致过高或过低估计了锚固抗力;(3)考虑安全性问题,现有的试验设备无法对大尺寸剪切试样施加爆破动载荷;(4)在进行爆破动载扰动试验时,人员需要离试验设备足够距离。因此,利用预埋雷管施加爆破动载荷安全性、光纤通道信号传输的稳定性,提出大尺寸岩体锚固结构面剪切试验爆破动载荷施加方法非常有必要。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种大尺寸岩体锚固结构面剪切试验爆破动载荷施加方法,能避免油缸施加爆破动载荷的局限性和雷管爆破的不安全问题,光纤通道能保证实验人员的安全性且降低信号的衰减,提高了试验结果的准确性和科学性,许用电缆能提高其适用范围,为大尺寸岩体锚固结构面剪切试验的设计提供科学依据。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种大尺寸岩体锚固结构面剪切试验爆破动载荷施加方法,所述方法包括以下步骤:
(1)依据露天矿山爆破开采工况或井下煤矿爆破卸压工况,统计分析后确定大尺寸岩体锚固结构面剪切试验的试验需求,包括爆破震动波的幅值、振动速度、频率、持续时间、爆破震源与锚固结构面的距离、角度和锚固结构面的物理力学参数;
(2)依据步骤(1)确定的爆破震动波的参数,参照《爆破安全规程》GB6722-2014,设计剪切试验下试样的内部预埋雷管的炸药量;
(3)依据步骤(1)确定的爆破震源的参数及步骤(2)中的炸药量,设计剪切试验下试样的内部预埋雷管的位置排列,包括排数N和列数M;
(4)依据步骤(2)(3)得到的预埋雷管布置设计,结合锚固结构面的物理力学参数,参照室内大尺寸混凝土试样的制定与养护规范,采用长方体钢模具浇筑大尺寸岩体结构面混凝土试样,包括上试样和下试样;
(5)依据试验需求设计雷管引爆控制过程,通过编程输入到数据处理计算机中生成雷管引爆控制电信号;
(6)通过电缆将步骤(5)的控制电信号传输到光纤交换机,经过光电转换生成控制光信号;
(7)通过长距离光纤通道将步骤(6)的控制光信号传输到光电信号转换器,经过光电转换生成控制电信号;
(8)通过许用电缆将步骤(7)的控制电信号传输到电信号分散控制器,电信号经分算控制器放大后通过雷管引线控制雷管爆炸范围和顺序,从而产生满足试验需求的爆破动载荷。
进一步,所述步骤(2)中,预埋雷管的炸药量通过如下公式确定,
式中,V为介质质点的震动速度,cm/s;Q为雷管中的炸药量,kg;R为测点至爆破中心的距离,m;K、α为与爆破条件、试样特征有关的系数,K取500~100,α取2.0~3.0。
再进一步,所述步骤(3)中,对于预埋雷管的位置排列N和M,若采用点爆破动载荷,N=M=1;若采用分布式爆破动载荷,则通过如下公式确定,
N×M=Q总/Q0
式中,N为预埋雷管的排数,M为预埋雷管的列数,Q总为预埋雷管的总炸药量,Q0为预埋雷管的单个炸药量。
更进一步,所述的预埋雷管包裹防水薄膜和防震海绵,进行防水和防震处理。
本发明中,预埋雷管为电信号控制引爆,其防水性、耐热性和抗震性需较好,雷管埋设在试样内部,保证了试验环境的安全性;图1中的许用电缆的防水性和抗震性较好,电缆和许用电缆的长度较小;光纤通道可根据需求延长,能保证实验人员的安全性,其稳定性、防水性、耐热性和抗震性较高,抗干扰能力强,信号衰减小;
本发明的有益效果为:方法能避免油缸施加爆破动载荷的局限性和雷管爆破的不安全问题,光纤通道能保证实验人员的安全性且降低信号的衰减,提高了试验结果的准确性和科学性,许用电缆能提高其适用范围,为大尺寸岩体锚固结构面剪切试验的设计提供科学依据,对于大型露天矿山或井下煤矿减少投资、降低生产成本、保证开采安全有着重要的意义。
附图说明
图1是本发明的大尺寸岩体结构面剪切试验爆破动载荷施加方法流程图;
图2是本发明的剪切试验下试样的内部预埋雷管位置排列图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
参照图1和图2,一种大尺寸岩体锚固结构面剪切试验爆破动载荷施加方法,所述方法包括以下步骤:
(1)依据露天矿山爆破开采工况或井下煤矿爆破卸压工况,统计分析后确定大尺寸岩体锚固结构面剪切试验的试验需求,包括爆破震动波的幅值、振动速度、频率、持续时间、爆破震源与锚固结构面的距离、角度和锚固结构面的物理力学参数;
(2)依据步骤(1)确定的爆破震动波的参数,参照《爆破安全规程》GB6722-2014,设计剪切试验下试样的内部预埋雷管的炸药量;
(3)依据步骤(1)确定的爆破震源的参数及步骤(2)中的炸药量,设计剪切试验下试样的内部预埋雷管的位置排列,包括排数N和列数M,如附图2所示;
(4)依据步骤(2)(3)得到的预埋雷管布置设计,结合锚固结构面的物理力学参数,参照室内大尺寸混凝土试样的制定与养护规范,采用长方体钢模具浇筑大尺寸岩体结构面混凝土试样,包括上试样和下试样;
(5)依据试验需求设计雷管引爆控制过程,通过编程输入到数据处理计算机中生成雷管引爆控制电信号;
(6)通过电缆将步骤(5)的控制电信号传输到光纤交换机,经过光电转换生成控制光信号;
(7)通过长距离光纤通道将步骤(6)的控制光信号传输到光电信号转换器,经过光电转换生成控制电信号;
(8)通过许用电缆将步骤(7)的控制电信号传输到电信号分散控制器,电信号经分算控制器放大后通过雷管引线控制雷管爆炸范围和顺序,从而产生满足试验需求的爆破动载荷。
进一步,所述步骤(2)中,预埋雷管的炸药量通过如下公式确定,
式中,V为介质质点的震动速度,cm/s;Q为雷管中的炸药量,kg;R为测点至爆破中心的距离,m;K、α为与爆破条件、试样特征有关的系数,K取500~100,α取2.0~3.0。
再进一步,所述步骤(3)中,对于预埋雷管的位置排列N和M,若采用点爆破动载荷,N=M=1;若采用分布式爆破动载荷,则通过如下公式确定,
N×M=Q总/Q0
式中,N为预埋雷管的排数,M为预埋雷管的列数,Q总为预埋雷管的总炸药量,Q0为预埋雷管的单个炸药量。
更进一步,所述的预埋雷管包裹防水薄膜和防震海绵,进行防水和防震处理。
本实施例中,预埋雷管为电信号控制引爆,其防水性、耐热性和抗震性需较好,雷管埋设在试样内部,保证了试验环境的安全性;图1中的许用电缆的防水性和抗震性较好,电缆和许用电缆的长度较小;光纤通道可根据需求延长,能保证实验人员的安全性,其稳定性、防水性、耐热性和抗震性较高,抗干扰能力强,信号衰减小;
本实施例的方法能避免油缸施加爆破动载荷的局限性和雷管爆破的不安全问题,光纤通道能保证实验人员的安全性且降低信号的衰减,提高了试验结果的准确性和科学性,许用电缆能提高其适用范围,为大尺寸岩体锚固结构面剪切试验的设计提供科学依据,对于大型露天矿山或井下煤矿减少投资、降低生产成本、保证开采安全有着重要的意义。
Claims (2)
1.一种大尺寸岩体锚固结构面剪切试验爆破动载荷施加方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)依据露天矿山爆破开采工况或井下煤矿爆破卸压工况,统计分析后确定大尺寸岩体锚固结构面剪切试验的试验需求,包括爆破震动波的幅值、振动速度、频率、持续时间,爆破震源与锚固结构面的距离、角度和锚固结构面的物理力学参数;
(2)依据步骤(1)确定的爆破震动波的参数,参照《爆破安全规程》GB6722-2014,设计剪切试验下试样的内部预埋雷管的炸药量;
(3)依据步骤(1)确定的爆破震源的参数及步骤(2)中的炸药量,设计剪切试验下试样的内部预埋雷管的位置排列,包括排数N和列数M;
(4)依据步骤(2)(3)得到的预埋雷管布置设计,结合锚固结构面的物理力学参数,参照室内大尺寸混凝土试样的制定与养护规范,采用长方体钢模具浇筑大尺寸岩体结构面混凝土试样,包括上试样和下试样;
(5)依据试验需求设计雷管引爆控制过程,通过编程输入到数据处理计算机中生成雷管引爆控制电信号;
(6)通过电缆将步骤(5)的控制电信号传输到光纤交换机,经过光电转换生成控制光信号;
(7)通过长距离光纤通道将步骤(6)的控制光信号传输到光电信号转换器,经过光电转换生成控制电信号;
(8)通过许用电缆将步骤(7)的控制电信号传输到电信号分散控制器,电信号经分算控制器放大后通过雷管引线控制雷管爆炸范围和顺序,从而产生满足试验需求的爆破动载荷;
所述步骤(2)中,预埋雷管的炸药量通过如下公式确定,
式中,V为介质质点的震动速度,cm/s;Q为雷管中的炸药量,kg;R为测点至爆破中心的距离,m;K、α为与爆破条件、试样特征有关的系数,K取500~100,α取2.0~3.0;
所述步骤(3)中,对于预埋雷管的位置排列N和M,若采用点爆破动载荷,N=M=1;若采用分布式爆破动载荷,则通过如下公式确定,
N×M=Q总/Q0
式中,N为预埋雷管的排数,M为预埋雷管的列数,Q总为预埋雷管的总炸药量,Q0为预埋雷管的单个炸药量。
2.如权利要求1所述的大尺寸岩体锚固结构面剪切试验爆破动载荷施加方法,其特征在于,所述的预埋雷管包裹防水薄膜和防震海绵,进行防水和防震处理。
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