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1、第四章 爆破工程地质n第一节岩石性质n第二节岩石分级n第三节地质条件对爆破作用的影响n第四节爆破引起的工程地质问题n第五节爆破工程地质勘察第一节、岩石的性质n岩石的孔隙度：孔隙是指矿物颗粒之间的间隙以及喷出岩中的气孔、可溶岩中的空洞等。n岩石的密度：岩石的容重就是单位体积的岩石重量n岩石波阻抗 ：表征岩石对纵波传播的阻尼作用，它与炸药爆炸后传给岩石的总能量及这种能量传给岩石的效率有直接关系，是衡量岩石可爆性的一个重要指标。n岩石的碎胀性2、爆炸荷载下岩石的强度特性岩石强度特性：三轴等压强度大于大于三轴不等压强度大于大于双轴抗压强度大于大于单轴抗压强度大于大于抗剪强度大于大于抗拉强度；抗拉强度仅
2、为抗压强度330%；动载下岩石强度（岩石动态强度岩石动态强度）：岩石动态强度比静态强度约提高1015倍第二节岩石的可爆性及可爆性分级一、岩石坚固性分级（普氏分级）：20世纪20年代提出，50年代引进我国。是工程实践中最普遍的是用岩石的坚硬系数 f 值作为岩石工程分级的依据，它是由前苏联M.M.普洛托季亚可诺夫提出来的，所以叫做岩石的普氏分级法。n基本思想：大多数岩石在各种方式破坏中的表现趋于一致。n普氏提出了许多确定f 值的方法，目前只保留用下式确定 f 值的方法：n普氏将岩石分为20级。修正公式：n二、岩石可爆性分级n岩石可爆性分级：n(1)岩石波速可爆性分级n(2)岩石波阻抗可爆性分级第二
3、节 爆破工程地质n一、研究爆破工程地质的意义：爆破实践表明，爆破效果的好坏，在很大程度上取决于爆区地质条件的好坏和爆破设计能否充分考虑到地质条件与爆破作用的关系。近些年来，随着地质力学，爆炸力学，岩石力学及岩体动力学的发展，为爆破工程地质的研究提供了条件，促使这一学科的形成和发展。二、爆破工程地质的研究内容（1）爆破效果即研究地形、地质条件对爆破效果的影响，以辨明有利或不利于某一种爆破的自然地质条件，从而针对爆破区的地形、地质及环境条件采用合理的爆破方案，指导爆破设计，选定正确的爆破方法和爆破参数。（2）爆破安全即研究与自然地质条件有关的在爆破使用下产生的各种不安全因素（包括爆破作用影响区内建
4、筑物的安全稳定问题）及有效的安全措施。（3）爆破后果即研究爆破后的岩体（围岩）稳定性及可能给以后的工程建筑带来的一系列工程地质问题。三、与爆破有关的地质条件n（1）地形；（2）岩性；（3）地质构造；（4）水文地质；（5）特殊地质。n1 地形条件对爆破作用的影响n地形条件主要包括地面坡度、临空面个数和形态，山体高低及冲沟分布等地形特征。n这些条件是进行爆破设计必须充分考虑的重要因素，因为爆破方法及爆破范围的大小、爆破方量、抛掷方向和距离、堆积形状、爆破后的清方工作以及施工现场布置的条件等都直接受到地形条件的影响1）地形对爆破石方抛掷方向的影响n地形决定了药包最小抵抗线的方向。n地形与爆破方量的关
5、系山坡不同纵向形态抛掷效果不同图n a 平直斜坡；b 凸出山坡；c 凹形山坡2）地形与爆破方量的关系n假设在三种理想的地形形态下，我们来研究爆破方量与地形的关系 平地 鼓包 洼地2）地形与爆破方量的关系(续)n假设都统一采用标准抛掷爆破，其它参数W、n=W/r=1也都是一致的：n平地：n鼓包：n洼地：3）地形与爆破其它参数的关系n地形的变化对某些爆破参数的选择有一定影响，如爆破作用指数n值、爆破漏斗可见深度、药包间距都与地形有关，地形还影响到抛掷堆积体的形状，抛掷距离和堆积高度等等。n由上述可见，爆破方法和爆破效果在很大程度上取决于爆破地点的地形条件。因此，根据客观的地形条件，因地制宜地选择相
6、应的爆破方法是十分重要的。所以有必要研究什么样的地形适合什么样的爆破方法，也就是不同爆破类型对地形条件的要求问题。改造地形a 平地线定向爆破b 定点定向抛掷爆破改造地形a改造斜坡地面坡度b 将凸坡改造成凹面坡4）岩体性质对爆破使用的影响n自然界的岩体大多数是非均质体，岩体的均质与非均质对爆破的影响作用有很大的区别。均质岩体主要以岩石本身的性质（物理力学性质）去影响爆破作用，而非均质岩体则是岩体的弱性部位对爆破的影响起着决定性作用。n非均质岩体对爆破作用的影响爆破作用容易从松软岩体部位突破而影响爆破效果。非均质岩体对爆破作用的影响n例如在山脊布置双侧作用的药包，若两侧岩体不同，爆破作用将主要朝向
7、岩性较松软的一侧，加强了该侧岩体的破碎，但另一侧较坚硬的岩体将破碎不充分而形成岩坎。当药包通过不同岩层，或有较厚的松碴压在上面，在确定炸药单耗q值及药包间距系数时，要考虑其影响，要防止过量装药和产生根底。在确定上破裂半径R值时，对于有较厚堆积层的斜坡，不能单纯从坡度考虑，而应视覆盖层情况确定。覆盖层对上破裂线的影响爆破漏斗的上破裂线下破裂线5）岩体中各种地质结构面对爆破作用的影响（1）应力集中作用。结构面破坏了岩体的连续性，在爆炸应力作用下，岩体首先从强度最低的弱面裂开，在裂开过程中，裂隙尖端产生了应力集中。（2）应力波的反射增强作用。结构面形成的软弱带，其密度、弹性模量及纵波速度均比岩体本身
8、的值小。因此应力波到达界面时发生反射，反射波与随后传来的波相迭加，当相位相同时，应力波便会增强，使弱面迎波一侧岩石破坏加剧，背波一侧破坏减弱。（3）能量吸收作用。由于结构面的反射、散射作用和软弱带的压缩变形与破裂吸收了能量，使应力波能量减弱，它与反射增强作用同时产生，可减轻背侧岩体的破坏。5）岩体中各种地质结构面对爆破作用的影响（4）泄能作用。当软弱带穿过爆源通向临空面或通向岩体爆破作用范围内的某些空洞（如溶洞、老洞等）爆破能量就可能以“冲炮”或其它方式溢出。（5）楔入作用。由于高温高压气体的膨胀高速地沿弱面侵入岩体，使岩体被楔裂破坏。6）断层对爆破作用的影响n断层主要是影响爆破漏斗的形状，从
9、而减少或增加爆破方量，也有可能引起爆破安全事故。下面分几种情况研究：n（1）断层通过药包位置。这种情况对爆破一般是不利的，容易引起冲炮，造成安全事故，或者引起漏气，降低爆破威力，影响爆破效果。n（2）断层与最小抵抗线相交。这种情况要比落在药包位置上好些，但也要看它的产状与最小抵抗线 的关系及离药包的远近，断层远离药包位置其影响小，反之则大；断层与&交角大其影响程度小，反之则大。6）断层对爆破作用的影响n（3）断层截切爆破漏斗。此种情况对爆破也有一定影响，但比前两种情况均好一些。n（4）断层与爆破后边坡稳定性的关系：它与下述因素有关：断层的产状与边坡走向及边坡坡度的关系；断层带的宽度、破碎程度和
10、胶结程度；断层与药包位置的关系。其中断层的产状与边坡的关系常起主要作用。7）层理对爆破作用的影响n层理与断层不同，断层是一个破碎带或是单一的一个面，而层理则是许多平行的面，层理面除一些有泥土夹层外，一般是平整和闭合的，所以层理和断层对爆破作用的影响有共性也有异性，n共性是其产状都是影响爆破作用的主要因素；n异性是断层视其离药包远近而影响有大有小，层理则没有与药包距离远近的问题，并且岩层的厚薄对爆破的破碎程度有明显的影响。n层理面对爆破作用的影响，取决于层理面的产状与药包最小抵抗线方向的关系，现分述如下：7）层理对爆破作用的影响n（1）药包的最小抵抗线与层理面平行。爆破时不改变抛掷方向，但将减少
11、爆破方量，爆破漏斗不是成喇叭口而是成方形坑，岩块抛掷距离将比预计的远，在这种情况下爆后常出现根坎，同时有可能顺层发生冲炮。n（2）最小抵抗线与层理面垂直。爆破时不改变抛掷方向，但将扩大爆破漏斗和增大爆破方量，岩体抛掷距离将缩小。n（3）层理面与最小抵抗线斜交。爆破时抛掷方向将受到影响，爆破方量多数是减少，有时也可增加。n层理的影响程度与层理面的状态有关，张开或有泥夹层的层理面影响尤为明显，闭合的层理面影响就小些。n（4）层理面对爆破后开挖边坡稳定性的影响。其影响程度取决于层理的产状和边坡n面的关系。8）层理面与最小抵抗线平行na断面图；b 平面示意面层理面与最小抵抗线垂直n折线为实际爆破漏斗层
12、理面与最小抵抗线斜交na断面图；b 平面图（W1为设计最小抵抗线，w2为实际抛掷方向，粗折线为实际爆破漏斗线）9）褶曲对爆破作用的影响n褶曲对爆破作用的影响与单斜岩层有所不同，单斜岩层的层理是平直的，其开放性好。n褶曲特点：层理面是弯曲的，其开放性受到弯曲面的限制。此外褶曲岩层一般比较破碎，如野外见到褶曲发育的岩层多为页岩、片岩、砂岩和薄层灰岩，构造节理、裂隙都很发育。n影响：褶曲产状对爆破作用的影响不象单斜岩层那样明显，主要表现为岩质的破碎性对爆破作用的影响，而产状的影主要表现为岩质的破碎性对爆破作用的影响，而产状的影响表现在向斜褶曲比背斜褶曲明显，响表现在向斜褶曲比背斜褶曲明显，原因是向斜
13、褶曲的开放性比背斜的开放性好，所以爆破能量容易从褶曲层面释出而引起爆破抛掷方向的改变或影响到爆破漏斗的扩大或缩小，背斜则不易改变爆破方向，但可减弱抛掷能力或扩大药包下部压缩圈的范围，对有基底渗漏问题的水工工程须引起注意。褶曲对爆破后边坡稳定的影响对爆破后边坡稳定的影响和褶曲轴线与边坡的关系有关，大爆破路堑边坡调查结果认为，当构造轴线与边坡走向交角小或平行时，加上岩性的差异大和边坡高陡的情况下是不利于爆破后边坡稳定的。10）节理裂隙对爆破作用的影响n地壳上的岩体很少不受节理裂隙的切割，它对爆破的影响取决于节理裂隙的张开度、组数、频率。以及产状与爆破作用的关系。有些岩体中的节理，虽然组数较多，但常
14、仅有一组或两组起主导作用，则它们对爆破的影响主要由这一两组决定。当岩体仅受到一组主节理割切时，其对爆破的影响与层理的影响相似。有时大的节理裂隙对爆破的影响则往往与断层相似。当岩体受到两组主节理的割切时，它们的影响作用就与层理有明显差别，这时爆破抛掷方向一般不容易改变，爆破方量可能受到一定影响。11）软弱夹层对爆破作用的影响n软弱夹层，常常引起爆破事故和影响爆破效果及后果，为某铁路一大爆破工点，由于石灰岩中有一层粘土夹层，厚0.20.3m，药室正好落在这一软弱夹层处，爆破时爆炸气体由夹层冲击，形成一股强烈的空气冲击波和大量的飞石冲击工点的河对岸，造成毁坏民房数十间的事故。n实例某大爆破工点夹层对
15、爆破的影响实例 软弱夹层，常常引起爆破事故和影响爆破效果及后果，为某铁路一大爆破工点，由于石灰岩中有一层粘土夹层，厚0.20.3m，药室正好落在这一软弱夹层处，爆破时爆 炸气体由夹层冲击，形 成一股强烈的空气冲击 波和大量的飞石冲击工 点的河对岸，造成毁坏 民房数十间的事故。n1 药包；2 粘土夹层山东枣庄水泥厂矿山洞室大爆破水泥厂石灰石矿山设计抛掷方向W药包实际抛掷方向原因：怀疑有软弱夹层，改变了抛掷方向结果：把自己的厂房给砸了！12）特殊地质条件下的爆破问题na岩溶对爆破作用的影响在可溶岩层中进行大爆破，常碰到岩溶对爆破的影响问题，矿山爆破还遇到老洞（窿）或采空区对爆破的影响问题。n（1）
16、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。右图为溶洞对大爆破的影响a岩溶对爆破作用的影响n（2）引起冲炮，造成爆破安全事故（下图为溶蚀缝引起的冲炮事故）。n（3）降低爆破威力，影响爆破效果。一些溶蚀沟缝或岩溶中的充填粘土常常造成爆破漏气和吸收爆破能量而降低爆破威力、缩小爆破漏斗，减少爆破方量。a岩溶对爆破作用的影响n（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。n（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。n（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
17、的危害。b岩堆及滑坡与爆破的关系n岩堆及滑坡体通常是处在不稳定或极限平衡状态，采用大爆破开挖更容易造成危害，一方面爆破气体容易沿着岩堆与基岩接触面或滑动面扩散而影响爆破效果，另一方面又会引起岩堆及滑坡体的剧烈活动，所以一般不宜进行大爆破。如果岩堆或滑坡体下部的岩石比较好，利用大爆破将整个岩堆或滑坡体炸掉则是可以的，但在施工中必须注意其活动状况，避免发生事故。c地表水及地下水对爆破作用的影响n由于岩体中的空隙充填了水以后，水对应力波起了传递作用而弥补了空隙对应力波能量的吸收、反射、泄漏、楔入、应力集中等各种作用。n水的这一特点，有好处，也有害处：n对于陆地的工程爆破，水的作用是害多益少。首先是给
18、施工带来困难。如地下洞室开挖的防水和药包防水问题，此外由于增强应力波的传播作用而会带来扩大爆破破坏作用的范围。n爆破工程也有利用水来改善爆破作用的，如在炮孔中注入水来改善爆炸初始应力对孔壁的作用；n水下爆破利用水传递爆炸应力波来压实水底淤泥或软土；n城市拆除爆破用水压爆破破碎容器式构筑物等等。第四节、爆破引起的工程地质问题n爆破特别是大爆破后可能引起的工程地质问题，主要是边坡稳定问题。n定向爆破筑坝所形成的高边坡漏斗坑，如果产生危险边坡，经常出现危石，将使水力枢纽工程的安全运转受到威胁。n铁路交通的路堑边坡因不适当的爆破造成边坡不稳定，将影响正常运营。n露天矿的边坡稳定遭受破坏，将影响后期生产的安全。n大爆破引起的边坡病害，在硬质岩体中主要产生危石和落石，在松软岩体软硬不均岩体中则可能引起崩塌或滑坡。爆破作用引起的工程地质问题n应该指出，在爆破作用区范围内，处在斜坡或陡坡上的悬石、堆积体或古滑坡体，在爆破当时即使没有明显的活动，但以后在自然营力作用下仍可能发生崩塌或滑落。所以在爆破前应注意调查研究，分析爆破作用可能的影响情况；爆破后必须调查这些地方是否受到影响，如发现有移动或开裂现象，危及工程安全者，要及时采取措施予以加第五节爆破工程地质勘察一、爆破对工程地质勘察的基本要求二、爆破工程地质勘察的内容和方法