《chap5爆破工程地质.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《chap5爆破工程地质.pptx（81页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、15 5 爆破工程地质爆破工程地质 第1页/共81页25.1 岩石性质及其分级岩石性质及其分级5.2 地质构造地质构造5.3 地质条件对爆破的影响地质条件对爆破的影响5.4 爆破对工程地质条件的改变爆破对工程地质条件的改变第2页/共81页35.1 岩石性质及其分级岩石性质及其分级岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然体然体。我们通常将不包含有显著弱面不包含有显著弱面的均质岩石均质岩石称为岩块，岩块在一定程度上代表了相应的岩石。岩体是指一定工程范围内一定工程范围内的自然地质体自然地质体，岩体与岩石（岩块
2、）既有联系、又有区别，通常岩岩体强度体强度远低于岩石强度岩石强度，在某些大型爆破工程中研究岩体的强度指标更有意义。第3页/共81页45.1 岩石性质及其分级岩石性质及其分级5.1.1 岩石分类第四纪以来未结硬成岩的堆积物统称为松散沉积物（考题）。第4页/共81页5岩浆岩成因：深部岩浆上升冷凝或喷出地表形成的。其特性与结构构造密切相关，岩浆岩主要由结晶矿物颗粒组成，结晶颗粒越细，结构越致密，强度越高，坚固性越好。沉积岩成因：地表母岩经风化剥离或溶解后，再经过搬运和沉积，在常温常压下固结形成的岩石。其坚固性除与矿物颗粒成分、粒度和形状有关外，还与胶结成分和颗粒间胶结的强弱有关。变质岩成因：是由已形
3、成的岩浆岩、沉积岩在高温高压或其他因素作用下，其矿物成分和排列经某种变质作用而形成的岩石。一般变质程度越高，矿物重结晶越好，结构越紧密，其坚固性越强。第5页/共81页6由岩浆岩形成的变质岩称为正变质岩，常见的有花岗片麻岩花岗片麻岩；由沉积岩形成的变质岩称为副变质岩，常见的有大理岩、板岩、石英大理岩、板岩、石英岩、千枚岩岩、千枚岩等。第四纪以来，由于风化的作用、流水的作用、风的作用等各种地质作用的结果，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如在隧道洞口、山坡坡脚等。第6页/共81页75.1.2 5.1.2 岩石基本性质岩石基本性质岩石性质岩石性质取决于：生成条件、矿物成分、
4、结构构造状态、后期地质的营造作用（考题）岩石物理性质岩石物理性质：1.密度（密度、堆积密度）、容重、孔隙率；2.岩石波阻抗：岩石中纵波波速与岩石密度的乘积。岩石的这一性质与炸药爆炸后传给岩石的能量有直接关系。通常认为选用炸药波阻抗若与岩石波阻抗相匹配或接近，则能取得较好爆炸效果；3.岩石风化程度(未风化、微风化、弱风化、强风化、全风化)；4.岩石的抗冻性第7页/共81页85.1.2 5.1.2 岩石基本性质岩石基本性质岩石的主要力学性质岩石的主要力学性质：岩石的力学性质可视为其在一定力场作用下性态的反映。岩石在外力作用下将发生变形，这种变形因外力的大小、岩石物理力学性质的不同会呈现弹性、塑性、
5、脆性性质。当外力继续增大至某一值时，岩石便开始破坏，岩石开始破坏时的强度称为岩石的极限强度。因受力方式的不同而有抗拉、抗剪、抗压等强度极限。岩石与爆破有关的主要力学性质如下。1.岩石变形特征：弹性、塑性、脆性；弹性模量、泊松比；2.岩石强度特征：岩石在外力作用下发生破坏前所能承受的最大应力。通常采用岩石试件在单轴静态荷载作用下承受的最大抗力来鉴定；主要强度指标：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度。3.弹性模量E：岩石在弹性变形范围内，应力与应变之比。4.泊松比u：岩石试件单向受压时，横向应变与竖向应变之比。5.岩石动态特性：岩石动态强度比静态强度大幅度提高岩石动态强度比静态强度大幅度提高第8页/共8
6、1页9岩石介质对爆破作用的抵抗能力岩石介质对爆破作用的抵抗能力与与其性质有关。其性质有关。岩石基本性质从根本上说决定于其岩石基本性质从根本上说决定于其生成条件、生成条件、矿物成分、结构构造状态和后期地质营造作用矿物成分、结构构造状态和后期地质营造作用。用来定量评价岩石物理力学性质的参数有用来定量评价岩石物理力学性质的参数有100多多个，但与爆破有关的主要参数，一般来说有个，但与爆破有关的主要参数，一般来说有10多个。多个。岩浆岩一般可爆性可爆性较差（对爆破作用的抵抗能力最强），沉积岩和变质岩的可爆性可爆性较好。5.1.2 岩石基本性质第9页/共81页10（1）堆积密度（容重）堆积密度（容重）：
7、单位体积自然状态下岩石具有单位体积自然状态下岩石具有的重量的重量。测定容重时，岩石体积包括岩石中孔隙体积，岩石的重量包括空隙中自然状态下的水重。如果不包括空隙内的水重，则所得容重称干容重干容重。=G/V 式中 岩石的堆积密度，N/m3；G岩石的重量，N；V岩石的体积，m3。岩石的堆积密度堆积密度一般为2030KN/m3。岩石密度大，其容重也大，岩石的强度和抵抗爆破作用的能力也增强，破碎和移动岩石所耗费的能量也增加。在工程实践中常用公式K=0.4+(/2450)2(kgm-3)，来估算标准抛掷爆破的单位用药量单位用药量值。第10页/共81页11（2）密度密度与孔隙率与孔隙率：密度密度指岩石的颗粒
8、质量岩石的颗粒质量与所占体积之比与所占体积之比；孔隙率孔隙率指岩石中孔隙体积岩石中孔隙体积(气相、液相所占体积)与岩石总体积之比与岩石总体积之比，它常常是利用密度计算出来的。岩石的孔隙率孔隙率：岩石的孔隙比孔隙比 ：，指岩石中孔隙孔隙的的体积和岩石实体体积之比体积和岩石实体体积之比。岩石的密度密度一般为1430KN/m3。常见岩石的孔隙率孔隙率一般在0.130之间。随着孔隙率隙率的增加，岩石中冲击波和应力波的传播速度降低。第11页/共81页12（3）含水率含水率和透水性透水性：岩石中水的重量与固体岩石中水的重量与固体物质重量的比物质重量的比称为岩石的含水率含水率W，常用百分率表示。岩石的透水性
9、透水性是指水在岩石中流动与转移的性能，主要取决于岩石中孔隙的大小、数量、形状和连通程度，常用渗透系数定量。岩石含水率增大时，往往导致其坚固性的降岩石含水率增大时，往往导致其坚固性的降低，降低程度因岩石而异。含水率大的沉积低，降低程度因岩石而异。含水率大的沉积岩，其强度可减少一半甚至更多。岩，其强度可减少一半甚至更多。第12页/共81页13（4）碎胀性碎胀性：岩石破碎后，碎块之间空隙增多，岩石破碎后，碎块之间空隙增多，碎块的堆积体积比原岩体积要大碎块的堆积体积比原岩体积要大，这种性质称为岩石的碎胀性。岩石破碎后的体积与原岩体积之比岩石破碎后的体积与原岩体积之比，称为松散系数松散系数或碎胀系数碎胀
10、系数。岩石名称岩石名称松散系数松散系数初始残余砂、垆坶 1.11.2 1.021.03腐殖土 1.21.3 1.031.04肥粘土.粗砾石.重垆坶 1.241.3 1.041.07软泥灰岩 1.331.37 1.111.15粘土质片岩、较软的岩石 1.351.45 1.101.20中砾、结实的岩石 1.041.60 1.201.30硬和极硬结实岩石 1.451.80 1.251.35注：垆坶为砂、粉土、粘土的混合物第13页/共81页14（5）风化程度风化程度：岩石在地质内营力和外营力的作用下岩石在地质内营力和外营力的作用下发生破坏疏松的程度发生破坏疏松的程度。一般来说随着风化程度的增大，随着风
11、化程度的增大，岩石的孔隙率和变形性增大，其强度和弹性性能降低岩石的孔隙率和变形性增大，其强度和弹性性能降低。所以，同一种岩石常常由于风化程度的不同，其物理力学性质差异很大。岩石的风化程度用未风化未风化、微风化微风化、弱风化弱风化、强风化强风化和全风化全风化划分。名称名称风化特征风化特征未风化未风化结构构造未变，岩质新鲜结构构造未变，岩质新鲜微微风化风化结构构造、矿物色泽基本未变，部分裂隙面有铁锰质渲染结构构造、矿物色泽基本未变，部分裂隙面有铁锰质渲染弱弱风化风化结构构造部分破坏，矿物色泽较明显变化，裂隙面出现风化结构构造部分破坏，矿物色泽较明显变化，裂隙面出现风化矿物或存在风化夹层矿物或存在风
12、化夹层强强风化风化结构构造大部分破坏，矿物色泽明显变化，长石、云母等多结构构造大部分破坏，矿物色泽明显变化，长石、云母等多风化成次生矿物风化成次生矿物全全风化风化结构构造全部破坏，矿物成分除石英外，大部分风化成土状结构构造全部破坏，矿物成分除石英外，大部分风化成土状第14页/共81页15（6）波阻抗：岩石中纵波波速C与岩石密度的乘积。它表征了岩石对应力波传播阻尼作用，它直接影响炸药爆炸后传给岩石的总能量和传递效率。波在岩石中传播速度与岩石种类有关。对于越致密越坚实的岩石，纵波速度越高，波阻抗越大；当岩石越疏松，裂纹空隙越多，则波速越低，波阻抗越小。通常认为选用的炸药波阻抗若与岩石波阻抗相匹配(
13、接近一致)，则能取得较好的爆破效果。第15页/共81页16岩石风化程度：岩石在地质内力和外力作用下发生的破坏疏松的程度。风化对岩石性质的影响：一般随着风化程度增大，岩石的孔隙率和变形性增大，其强度和弹性性能降低。因此，同一种岩石常常由于风化程度不同，其物理力学性质的差异很大。题库：基础理论题10页第3438题题库：中级题38页第12题题库：高级题57页第3题第16页/共81页17岩石的主要力学特性（1）岩石的变形特征变形特征1）弹性弹性：岩石受力后发生变形，当外力解除后恢复原状的性能。2）塑性塑性：当岩石所受外力解除后，岩石没能恢复原状而留有一定残余变形的性能。3）脆性：岩石在外力作用下，不经
14、显著的残余变形就发生破坏的性能。岩石因其成分、结晶、结构等的特殊性，它不像一般固体材料那样有明显的屈服点，而是在所谓的弹塑性范围内呈现弹性和塑性，甚至在弹性变形一开始就呈现出塑性变形。脆性是坚硬岩石的固有特征（与爆破关系）。第17页/共81页18（2）岩石的强度特征岩石强度是指岩石在受外力作用发生破坏前所能承受的最大应力，是衡量岩石力学性质的主要指标。1.单轴抗压强度：岩石试件在单轴压力下发生破坏时的极限强度。2.单轴抗拉强度：岩石试件在单轴拉力下发生破坏时的极限强度。3.抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的最大能力。（3）弹性模量E岩石在弹性变形范围内，应力与应变之比。（4）泊松比 岩石试件单向受压
15、时，横向应变与竖向应变之比。第18页/共81页195.1.3 岩石动力学特性加载方式加载方式稳定载荷稳定载荷液压机液压机气压机气压机冲击杆冲击杆爆炸冲击爆炸冲击应变率应变率/s-1载荷状态载荷状态104动动 态态载荷种类比较 爆炸荷载具有明显的波动特性；爆炸荷载具有明显的波动特性；岩石动态强度比静态强度大幅度提高。岩石动态强度比静态强度大幅度提高。题库：高级题题库：高级题5757页第页第1 1、2 2题题第19页/共81页20爆炸冲击荷载特点：爆炸冲击荷载特点：爆炸冲击荷载特点：爆炸冲击荷载特点：1)冲击荷载作用下形成的应力场冲击荷载作用下形成的应力场(应力分布及大应力分布及大小小)与岩石性质
16、有关；静载则与岩性无关。与岩石性质有关；静载则与岩性无关。2)冲击加载是瞬时性的，一般为毫秒级；静载冲击加载是瞬时性的，一般为毫秒级；静载则则 通常超过通常超过10s。3)爆炸荷载在传播过程中，具有明显的波动特爆炸荷载在传播过程中，具有明显的波动特性性。在爆炸冲击作用下，破坏岩石要消耗较多在爆炸冲击作用下，破坏岩石要消耗较多的能量。的能量。4)在爆炸冲击载荷下，岩石不易发生塑性变形，在爆炸冲击载荷下，岩石不易发生塑性变形，强度有所提高；强度有所提高；加载速度越快，材料强度就越加载速度越快，材料强度就越大。大。第20页/共81页21爆炸载荷下岩石的破坏特性爆炸载荷下岩石的破坏特性：随着应力波的继
17、续向外传播，由于几何扩散随着应力波的继续向外传播，由于几何扩散和能量耗和能量耗散，应力波的强度逐渐降低，导致能量密度的减少，散，应力波的强度逐渐降低，导致能量密度的减少，在在粉碎区粉碎区之外，应力波波阵面上的压力已小于岩石动态抗压强度。由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度，在切向拉应力的作用下，在粉碎区粉碎区之外产生径向裂缝，径向裂缝发展很快，一般是纵波的0.150.38 倍。尔后，爆炸气体产物渗入径向裂隙，像尖劈一样使裂隙进一步扩展；该破坏区域称为破碎区破碎区。破碎区破碎区内还存在剪切破坏和环状裂隙的破坏形式。当爆炸应力波遇到自由面时，压缩应力波反射为拉伸应力波，造成岩石片落（霍布金森效应）。第
18、21页/共81页22我国土木建筑、市政工程普遍采用的建设部全国统一建筑工程基础定额中的土壤及岩石开挖分类表土壤及岩石开挖分类表，它是按坚固性系数（普氏系数）f 和轻型钻孔机钻进1m的耗时将土壤和岩石分成 类，f=c/100，式中c为岩石的单轴极限抗压强度。2008年修订的爆破工程消耗量定额(GYD-102-2008)也采用该分类表该分类表作为土石方爆破的分类，计算爆破器材消耗、劳动生产定额的依据。即把土壤和土壤和岩石共岩石共划分为五划分为五类类：-为土壤类土壤类；为松石（软松石（软石）石）；-为次坚石次坚石；-为普坚石普坚石；-为特坚石特坚石（与隧道分级的区别）（与隧道分级的区别）。第22页/
19、共81页23岩石坚固坚固性性是一个综合性的概念。它用来表示各各种方法破碎岩石（包括爆破破碎）的难易程度或种方法破碎岩石（包括爆破破碎）的难易程度或岩石对任何外力造成破坏的抵抗作用岩石对任何外力造成破坏的抵抗作用，即不管外力的种类，也不管外力的是由何引起，岩石所体岩石所体现出来的对外力的抵抗作用是趋于一致性的现出来的对外力的抵抗作用是趋于一致性的讨论讨论。岩石坚固性系数（普氏系数）定义为：岩石坚固性系数（普氏系数）定义为：f=c/100 式中式中 f岩石坚固性系数（普氏系数）；岩石坚固性系数（普氏系数）；c岩石单轴抗压强度，岩石单轴抗压强度，MPa。第23页/共81页24岩石可钻性可钻性是表示钻
20、凿炮孔难易程度钻凿炮孔难易程度的一种岩石坚固性岩石坚固性指标。国外有用岩石抗压强度、普氏坚固性系数、点荷载强度、岩石的侵入硬度等作为可钻性指标的。东北工学院根据多年的研究，于1980年提出以凿碎比能凿碎比能（冲击凿碎单位体积岩石所耗之能量冲击凿碎单位体积岩石所耗之能量）作为判据来表示岩石的可钻性可钻性。这种可钻性分级方法简单实用，便于掌握，现场、实验室均可测定（30多年过去，研究进展不大）。岩石可钻性分级表可用于钻孔凿岩时指导钻及类型选择、钻进效率预测和作业消耗、劳动生产定额的编制题库：基础理论题10页第3941题题库：中级题38页第13题第24页/共81页25岩石可爆性可爆性（或称爆破性）表
21、示岩石在炸药爆炸作用下岩石在炸药爆炸作用下发生破碎的难易程度发生破碎的难易程度，它是动载作用下岩石物理力学性动载作用下岩石物理力学性质的综合体现质的综合体现。国内外研究者已经做了大量工作，根据岩石爆破性的主要影响因素，提出了许多不同的判据和指标，以及分级方法。其中主要判据包括：岩石强度、单位炸药消耗量、岩石强度、单位炸药消耗量、工程地质参数、岩石的弹性波速度、岩石波阻抗、爆破工程地质参数、岩石的弹性波速度、岩石波阻抗、爆破岩石质点位移、临界速度、爆破功指数、岩石弹性变形岩石质点位移、临界速度、爆破功指数、岩石弹性变形能系数能系数等等。由于炸药爆炸瞬间产生巨大的能量，以及岩石结构构造的复杂性，加
22、之测试手段尚未完善等等，迄今为止，还迄今为止，还没有一种公认的岩石可爆性分级方法没有一种公认的岩石可爆性分级方法。第25页/共81页265.2 5.2 地质构造地质构造结构面产状三要素：结构面产状三要素：走向、倾向、倾角走向、倾向、倾角1.岩体结构面在空间的位置状态称做岩体结构面的产状，通常用走向、倾向、倾角三个要素来表示，称为产状三要素产状三要素。2.走向倾斜岩层层面与水平面交线的方向。3.倾向岩层层面上与走向线垂直的向下倾斜线的方向，倾向与走向相差90。4.倾角岩层倾斜的角度。第26页/共81页27方位角表示法：以正北(N)为0，按顺时针方向旋转，到正东(E)为90，正南(S)为180，正
23、西(W)为270，再转到正北为360。方位角表示法一般记倾向和倾角，记成倾向倾角，倾向加或减90即为走向。如13030表示岩层的产状为倾向130，倾角30，走向为130+90=220。象限角表示法：把全方位分成北东(NE)、南东(SE)、北西(NW)和南西(SW)四个象限，按走向和倾向、倾角所在象限的位置和角度来表示。如上述岩层产状走向220，属SW象限，在该象限内的角度为220180=40；倾角、倾向130属SE象限，因此该岩层产状记作S40W130SE。第27页/共81页281.岩体中存在着各种类型的地质界面地质界面，称为薄弱薄弱面、不连续面面、不连续面或结构面结构面。2.不同方位的结构面
24、组合将岩体切割成不同形状和大小的块体，称为岩块岩块或结构体结构体。3.3.岩体中不同形态、规模、性质的结构面和结构岩体中不同形态、规模、性质的结构面和结构体的相互结合，构成体的相互结合，构成岩体结构岩体结构。4.岩体的结构特征，在很大程度上决定了岩体在爆炸荷载作用下的变形和破坏规律。结构面与结构体结构面与结构体第28页/共81页29 结构结构面面和结构和结构体体称为称为岩体结构单元岩体结构单元或或岩体结构要素岩体结构要素，不同类型的岩体结，不同类型的岩体结构单元在岩体内的组合、排列就形成构单元在岩体内的组合、排列就形成岩体结构岩体结构。岩体结构单元结构面结构体坚硬结构面软弱结构面块状结构体板状
25、结构体第29页/共81页30软弱面与软弱带当岩石介质中存在有一定厚度的另一种软弱介质软弱介质，且软弱介质软弱介质与两侧岩石介质间存在两个界面，应力波传播至此界面处将要发生两次复杂的波效应，从而使应力波在断层破碎带两侧产生的动应力和动应变将有显著的差别。因此，可把不夹一定厚度软弱物质不夹一定厚度软弱物质的地质界面地质界面，称为“软弱面软弱面软弱面软弱面”，如裂隙面、层面、劈理面等等。把夹有一定厚度软弱物质的地质界面有一定厚度软弱物质的地质界面，称为“软弱带软弱带软弱带软弱带”，如断层破碎带、软弱夹层、喷出岩的间歇层等。第30页/共81页31（1）级软弱面 延展性差，无论是走向上还是纵深方向上的发
26、展，均是有限的，一般在数米范围内，大者不过2030m，无明显宽度。即岩体中连续分布的裂隙、节理；亦包括层面、片理、原生冷凝节理和发育的节理等。（2）级软弱面 延展性甚差、无厚度之别、分布随机、为数甚多的细小的结构面主要包括微小的节理、劈理、隐微裂隙、不发育的片理、线理、微理等。软弱面可分为二级：第31页/共81页32（1）级软弱带 一般指对区域构造起控制作用的断裂带对区域构造起控制作用的断裂带，它包括大地构造单元接壤的深大断裂带，不仅走向上延展甚远（一般可达数十公里以上），纵深方向延伸至少切穿一个构造层，而且破碎带的宽度也在数米以上。所以，它的存在直接关系到工程所在区域的稳定性，直接控制着该区
27、褶皱、断裂的展布规律，它的充填物实际上为一组构造岩，其中有碎屑物质、粘土和泥化层等、并含有滑动面，因而成为一条数十米或一百多米宽的软弱带。软弱带可分为三级：第32页/共81页33（2）级软弱带 一般指延展性强而宽度有限的区域性地延展性强而宽度有限的区域性地质界面质界面，如不整合面、假整合面、原生软弱夹层；亦包括延展数百至数千米，延深数百米以上，宽度为15m，一般贯穿整个工程区域切穿某一具体部位的断层、层间错动、接触破碎带、风化夹层等。软弱带的存在与组合，往往控制了山体稳定性和岩体稳定性，影响工程的布局。软弱带可分为三级：第33页/共81页34（3）级软弱带 包括走向、纵深方向延伸有限，一般在走
28、向、纵深方向延伸有限，一般在数百米范围内的断层挤压或接触破碎带数百米范围内的断层挤压或接触破碎带、风化夹层，其宽度1m左右或1m以下；亦包括宽度在数十厘米以内的，走向和纵深延伸断续的原生软弱夹层和错动等。它们直接影响工程具体部位岩体的稳定。、级软级软弱带往往是岩体稳定分析的弱带往往是岩体稳定分析的边界，控制着岩体的破坏方式边界，控制着岩体的破坏方式。软弱带可分为三级：第34页/共81页35岩体结构面类型：岩层及层理：岩层是由同一岩性组成的有两个平行的界面所限制的层状岩体；层理是一组互相平行岩层的层间分界面。相邻两个层理面的垂直距离称为岩层厚度，厚岩层较薄岩层的工程力学性质好。褶皱（褶曲）：指岩
29、层的某一个弯曲。向上弯曲称为背斜，向下弯曲称为向斜。褶曲岩层受构造影响较大，岩体的工程力学性质较差。第35页/共81页36 岩体结构面类型：节理、裂隙：指自然岩体的开裂或断裂。如裂缝两侧的岩体没有沿裂面发生明显的位移或仅有微小位移的称为节理。节理裂隙越发育，岩体的工程力学性质越差。断层：岩体发生断裂且两侧岩石沿断裂面发生较大移动的构造。断层错开的两个面叫断层面，处在断层面上方的岩体叫上盘，而处在下方岩体叫下盘，上下盘错开距离叫断距。片理、劈理：片理指岩石可顺片状矿物揭开的性质，其延伸不长；劈理则是一些平行排列的密集的裂隙面，它与片理共同的特点都是细小又密集地将岩石切成小薄片。第36页/共81页
30、37第37页/共81页385.3 地形条件对爆破的影响地形条件对爆破的影响地形是影响爆破作用与效果的重要因素。所谓地形，就是爆破区域的地面坡度，临空面的形状、数目、山体的高低及冲沟分布等地形持征。在岩体工程爆破中，地形是一个非常重要的影响因素，爆破设计中必须充分考虑。不同地形下要因地制宜地进行爆破设计，利用好地形可以节省爆破成本，有效地控制爆破抛掷方向。微地形概念是指单个山包、山嘴、山梁、垭口等爆破工程所涉及的局部地表形态特别是山区公路。地形对爆破方法选择、爆破破坏范围大小、岩块抛掷方向和距离、爆堆堆积形状和爆破后的清方工作，以及施工现场的布置等都均有直接的影响。因而爆破工程中，应充分考虑地形
31、，针对不同地形，应因地制宜地进行爆破设计与施工，以取得良好的爆破效果。第38页/共81页395.3 5.3 地形对爆破的影响地形对爆破的影响 临空面的形状和数目影响炸药单耗指标，影响定向爆破的设计；山体高低、冲沟分布影响爆堆集中度；地面坡度起伏和临空面的形状影响最小抵抗线方向；前排前排药包的布置和装药结构应根据地形调整。如发现地形测量结果和地质条件与原设计不符，应及时修改设计和采用相应的补救措施.第39页/共81页40根据微地形在爆破能量利用方面的性质，微地形特征可分为水平地形、倾斜地形、凸形多面临空地形、凹形垭口地形等，见图3-4-7所示。倾斜地形特征，又按自然地面横向坡度角的大小，分为缓坡
32、地形(=1530)，一般斜坡地形（=3050），陡坡地形（=5070），绝壁地形（70）。当地面坡度小于15时，属于平坦地形。地形条件对爆破的影响主要在硐室爆破中介绍(a)水平地形(b)倾斜地形(c)凸形多面临空地形(d)凹形垭口地形第40页/共81页415.4 地质条件对爆破的影响 与爆破关系密切的地质条件：地形地貌、岩性、地质构造、水文地质和特殊地质5.4.1 结构面对爆破的影响 结构面可分为三大类：原生的、构造形成的和次生的。影响爆破作业的层理、断层、风化裂隙、节理、裂隙、褶皱、破碎带、片理 第41页/共81页42地质条件对爆破作业的影响l结构面对爆破作用的影响与控制断层主要影响爆破漏斗
33、的形状，破裂线往往受到断层面走向的控制。层理与断层不同，它有许多平行的面，除一些泥夹层外，一般是平整和闭合的。褶曲的层理面是弯曲的，岩层一般比较破碎，对爆破作用的影响主要表现在破碎性上。节理、裂隙、片理、劈理对爆破作用的影响取决于它们的发育程度、张开度、组数与频率，以及产状与爆破作用的关系。软弱夹层对爆破安全的影响不可低估。第42页/共81页43结构面与药包的关系第43页/共81页44 地质条件对爆破作业的影响l l结构面对爆破岩块的破裂特征和块度影响：结构面对爆破岩块的破裂特征和块度影响：1.应力集中作用2.应力波的反射增强作用3.能量吸收作用4.泄能作用5.楔入作用6.改变破裂线作用l l
34、题库：基础理论题题库：基础理论题1111页第页第4242题题l l题库：高级题题库：高级题5858页第页第4 4、5 5题题第44页/共81页45结构面对爆破的影响结构面对爆破的影响1.1.应力集中作用应力集中作用：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。因此，在岩石中软弱面较发育的在岩石中软弱面较发育的爆破地区，其单位耗药量爆破地区，其单位耗药量K应该予以降低。应该予以降低。2.2.应力波的反射增强作用应力波的反射增强作用：软弱带的密度、弹性模量和纵波速度均比两侧岩石的值小，当波传至两
35、者的界面处，便发生反射，反射回去的波与随后继续传来的波相叠加，当其同相位时，应力波便会增强，使软弱带迎波一侧岩石的破坏加剧。第45页/共81页463.3.能量吸收作用能量吸收作用：由于界面的反射作用和软弱带介质的压缩变形与破裂，使软弱带背波侧应力波因能量被吸收而减弱，可保护其背波侧的岩石，使其破坏减轻。4.4.泄能作用泄能作用：当软弱带或软弱面穿过爆源通向临空面，且由爆源到临空面间软弱带或软弱面的长度小于爆破药包最小抵抗线W的某个倍数时，炸药的能量便可以“冲炮”或其他形式泄出，使爆破效果明显降低。第46页/共81页475.5.楔入作用楔入作用：由于高温高压气体的膨胀，沿岩体软弱带高速侵入，使岩
36、体沿软弱发生楔形块裂破坏。6.6.改变破裂线作用改变破裂线作用：当爆破漏斗范围存在较大的结构面（如断层面、层理面等），由于结构面的存在，将会改变爆破漏斗形状改变爆破漏斗形状、影响漏斗形状大小，减少或增加爆破方量，不能达到预定的抛掷方向和堆积集中程度。第47页/共81页48 结构面结构面对爆破对爆破作用的作用的影响影响和控制和控制断层断层主要影响爆破漏斗爆破漏斗的形状，破裂线往往受到断层面走向的控制。层理层理与断层不同，它有许多平行的面，除一些泥夹层外，一般是平整和闭合的。褶曲褶曲的层理面是弯曲的，岩层一般比较破碎，对爆破作用的影响主要表现在破碎性破碎性上。节理、裂隙、片理、劈理节理、裂隙、片理
37、、劈理对爆破作用的影响取决于它们的发育程度、张开度、组数与频率，以及产状与爆破作用的关系。软弱夹层软弱夹层对爆破安全爆破安全的影响不可低估。第48页/共81页495.4.2 5.4.2 特殊地质条件对爆破的影响特殊地质条件对爆破的影响 （1）岩溶对爆破的影响岩溶对爆破的影响：岩溶地区的洞穴有可能对硐室爆破的抛掷方向、爆破方量和安全技术有一定影响；爆破施工前，一定要详细调查洞穴的分布与大小，合理布置硐室爆破的药包，利用或避免其不利影响，同时在安全上应采取相应的技术措施。岩溶（溶洞）对爆破的不利影响：改变最小抵抗线的方向改变最小抵抗线的方向引起冲炮造成事故引起冲炮造成事故影响爆破效果影响爆破效果增
38、加爆破施工难度增加爆破施工难度影响爆后边坡的质量影响爆后边坡的质量 第49页/共81页50溶洞对定向抛掷方向的影响溶洞对抛掷方量的影响溶洞对爆破安全的影响第50页/共81页51岩溶（含地下空洞）对爆破影响的控制利用：在可能的条件下，它们作为导硐药室能避则避堵塞增加药量采用松动爆破采用炸药平衡爆破作用做好施工安全技术措施第51页/共81页52(2)(2)地下水对爆破的影响地下水对爆破的影响 地下水对爆破工程的影响包括四个方面：l地下水对爆破作用机制和效果的影响。地下水是爆破岩体介质的物质组成之一，但由于爆破是一种高温、高压的瞬间作用过程，无论从地下水的密度和质量上，或者从地下水对岩体介质的内部结
39、构的作用中，都是微不足道的，可以不考虑地下水对爆破作用机制和效果的影响。l l地下水对爆破施工的影响。地下水对爆破施工的影响。在平坦地形、深挖基坑、堑沟及硐室施工时有可能会遇到地下水的问题，在爆破施工中主要表现在以下几方面：一是药室湿度对炸药、雷管性能和效果有影响，这时需要对炸药、雷管采取防水保护措施，或采用防水炸药；二是开挖药室和导硐过程中地下水的作用造成药室导硐的围岩坍塌，影响施工进度和质量，则需加强围岩支护，确保施工安全；三是在开挖药室和导硐的过程中，揭穿地下含水层或穿越过水断层破碎带会产生大量出水，不宜进行硐室爆破法施工。l l地下水对爆破工程质量的影响及产生爆破灾害性事故。地下水对爆
40、破工程质量的影响及产生爆破灾害性事故。爆破是一种强大的破岩作用，常形成规模不等的爆破裂隙，因此爆破作用对边坡或隧道围岩的松动破坏，增加了地下水的连通性，加剧了地下水的渗漏，同时降低了边坡和围岩岩体强度，极易造成涌水和坍塌的重大灾害性事故。l l在钻孔爆破中地下水对爆破的影响在钻孔爆破中地下水对爆破的影响，主要是对钻孔和装药、填塞施工方面的影响。第52页/共81页535.5 爆破对工程地质的改变 爆破设计时，除按设计任务书的要求作出合理的设计外，尚应充分预测爆破作用对设计范围以外工程地质的不利影响。这种不利影响也许在爆后短时间内并不显现，随着时间推移并在地应力作用下会有所反映，因此必须充分重视。
41、第53页/共81页545.5.1 爆破对保留岩体的破坏爆破对保留岩体的破坏爆破对后缘地表的破坏是由后冲和反射拉伸波作用所形成的，由于地表一般为风化破碎岩体，抗拉强度小，易形成裂缝。裂缝常常沿着平行自由面的方向延展。地表裂隙的分布规律为距爆破区越近就越宽越密，地表裂缝宽度和延展长度则与爆破规模、爆破夹制作用和地形地质条件有关。爆破规模大、爆破夹制作用强，则地表裂缝破坏程度强。1 1、爆破后缘地表的破坏、爆破后缘地表的破坏第54页/共81页55碴堆损伤破坏区 深孔台阶爆破损伤破坏区形状图第55页/共81页56爆破对基岩的破坏情况，根据工程性质不同，要求有所不同。一般开山采石不需要考虑基岩破坏；路堑
42、开挖爆破仅考虑药包周围压缩圈产生破坏范围，一般情况下路堑开挖需给路基和边坡预留保护层，保护层厚度为压缩圈半径；而在水工坝基开挖和核电负岛开挖中，即使爆破作用下产生的微小裂缝也被视为对基岩的破坏。深孔爆破的柔性垫层等于孔底径向不耦合装药。通过柔性垫层的可压缩性及对空气冲击波的阻滞作用，降低了爆炸对孔底以下岩石的破坏。孔底柔性垫层缓冲爆破作用除了降低爆炸对孔底以下岩石的损伤破坏作用，也可以降低爆破振动对环境的影响，有关试验资料表明爆破振动速度能降低1020%。因此在坝基开挖中一般采用孔底柔性垫层的深孔爆破，或预留保护层作浅眼爆破，最底层采用人工凿除找平。为减小爆破对深层基岩破坏，也有人采用水平炮孔
43、进行预裂爆破，形成预裂水平面，以阻止上层爆破裂缝向下扩展。2、爆破对基岩的破坏第56页/共81页575.5.2 5.5.2 爆破对边坡稳定性影响爆破对边坡稳定性影响爆破产生的边坡失稳灾害有两类：一类为爆破振动引起的自然高边坡失稳；另一类为爆破开挖后边坡岩体遭受破坏，日后风化作用引发不断的塌方失稳。一般情况下大规模爆破产生的强烈地震动，对边坡岩体破坏程度和范围较大，所以在大规模爆破设计中对边坡稳定性影响要有足够重视。第57页/共81页58（1 1）爆破对自然边坡的稳定性影响）爆破对自然边坡的稳定性影响 爆破对自然边坡稳定性影响一方面取决于爆破振动强度，另一方面取决于坡体自身的地质条件。从统计资料
44、来看，边坡坡角在以上的容易发生振动失稳破坏。此外根据工程地质分析和实践经验证实，如下四种地质结构易发生爆破振动边坡失稳。爆区附近坡体内已有贯通滑动面，或古滑坡体。坡体内虽然没有贯通滑动面，但坡体内至少发育一组倾向坡体外的节理裂隙，岩石强度较低，爆破振动作用，该组裂隙面进一步扩展、贯通，产生滑移变形，日后在降雨的影响下经常滑动，最后完全失稳。尽管坡体内没有贯通的滑动面，也没有倾向坡外的节理组发育，似乎不可能形成危险的滑动面，然而岩体内垂直柱状节理十分发育，而且边坡高陡，在岩浆岩类的安山岩、玄武岩地区多见。坡体内节理、裂隙不很发育，岩体较完整，只是坡缘局部发育成冲沟或陡倾张开性裂隙，将岩体完全分割
45、成危石，在爆破振动作用下，被分割的危石脱离母体翻滚而下，形成崩塌；或爆破时还没崩落，但稳定性进一步降低，日后在暴雨冲刷作用下仍可发生崩塌（表3-2-20中第四类示意图）。第58页/共81页59类别第一类第二类第三类第四类示意图说明沿已有滑动面滑动结构面贯通而滑动柱状节理切割岩柱散裂坍塌危石振动滚落边坡振动失稳成因分类表第59页/共81页60 一般的爆破都会对保留边坡的内部岩体产生破坏，受破坏的程度主要与如下因素有关。爆破药量爆破药量。一次起爆药量愈大，坡内的应力波愈强，边坡破坏愈严重。最小抵抗线最小抵抗线。最小抵抗线愈大，向坡后的反冲力愈强，边坡破坏愈重。岩体地质条件岩体地质条件。地质条件不良
46、，岩性较软，岩体破碎，施工时清方刷坡不够彻底，边坡塌方失稳的可能性越强。此外新成边坡改变了坡内原有应力场，暴露的新鲜岩石，在风化作用下强度逐渐降低，使得新边坡不断变形，稳定性渐渐衰失。（2 2）爆破残留边坡的坍塌失稳）爆破残留边坡的坍塌失稳第60页/共81页61（1）高度在61m以上特高边坡，任何情况下都不利于稳定。（2）构造节理、层理、片理等的产状，走向与线路交角小于30，倾向线路，倾角小于边坡坡面角时，不利于边坡稳定，常常成为危石、落石或崩塌的主要原因；当其背向线路，倾角大于50时，易于顺层形成倒悬反坡，产生危石，而不利于边坡稳定。（3）对有明显的滑坡面，古老的滑坡区，堆积层、坡积层等不良
47、地质现象，以及降雨量大的土夹石地段和地下水旺盛的地区，都不宜采用硐室爆破。（4）断层、软硬岩体接触带、软弱破碎带、褶曲构造地段及岩溶地区等，硐室爆破对其有不同程度的破坏影响，往往会造成局部的崩坍滑动，边面破碎，超爆，也可能直接影响爆破效果。不利于边坡稳定的地质条件第61页/共81页62（1）构造节理、层理、片理等的产状，走向与线路交角小于30，倾向线路，倾角大于边坡坡面角时，爆破后能顺层形成光滑的平整坡面，对边坡稳定有利；若走向与线路交角大于30，倾向线路，并无其他不利的构造，不论其倾角大小，爆后也能保持边坡稳定。（2）构造节理、层理、片理等的产状，背向线路，倾角在65以下时，不论其走向如何，
48、均可保持稳定，接近水平成层的构造，爆破后也可保持稳定。（3）断层带、接触带等，若无填物胶结良好，其走向与线路交角大，并无其它互相切割的破碎带时，对边坡稳定没有不利影响；节理裂隙密集，但都闭合，胶结良好，爆破后边坡也稳定。（4）整体的岩石，不论其硬度如何，凡是完整均匀的，对边坡无不利影响。有利于边坡稳定的地质条件第62页/共81页63（1）岩石边坡应设计合适坡度特别是路堑边坡。（2）爆破设计中不仅要根据岩性确定单位用药量，还应根据地质构造的特点来布置药包，确定各项参数。（3）不论采用何种爆破方案，边坡均宜采用光面、预裂爆破，使边坡得到最大限度地保护。（4）要重视爆破施工质量对边坡稳定性影响。为保
49、证边坡稳定，设计中的注意事项第63页/共81页64岩石的完整性、均匀性好，预裂效果好。结构面与预裂面的夹角对预裂效果影响大，垂直、斜交、平行等情况分别讨论，水平厚层岩石较好。措施：减小孔距可获得较好效果。第64页/共81页655.5.3 5.5.3 爆破对水文地质条件的改变爆破对水文地质条件的改变 水文地质条件不仅会对爆破产生影响，反过来爆破对水文地质条件也会产生影响。由于爆破作用可产生完全破坏区、强破坏区和轻破坏区，完全破坏区作为清方挖运，强破坏区和轻破坏区产生了不少不同的张开裂缝，成为地下水流的良好通道。对于边坡工程来说，这是不利因素，它既破坏了岩体的完整性，又增加了地下水的浸蚀作用，减小
50、了结构面的抗剪强度。但任何事物都是辩证的，在地下水开采中它又是有利的，爆破作用使裂缝扩大、增多，有利于提高地下水资源的开采量。因此有人利用井下爆炸提高地下水产量，同样道理也可提高石油开采量。第65页/共81页665.5.3 5.5.3 爆破对水文地质条件的改变爆破对水文地质条件的改变 爆破作用可产生完全破坏区、强破坏区和轻破坏区。完全破坏区内的岩块将在清方挖运过程中全部清除干净，而处于强破坏区和轻破坏区的围岩产生了不少不同的张裂缝，将成为地下水流的良好通道。对于边坡工程来说，这是不利因素，它既破坏了岩体的完整性，又增加了地下水的浸蚀作用，减小了结构面的抗剪强度，留下隐患，因此在爆破设计时必须充