随着我国经济发展和城镇化进程的加快,城市对交通的需求和要求越来越高,地铁作为一种重要的交通工具得到大多城市的青睐并掀起了地铁建设的高潮,但不同城市地质条件的巨大差异和复杂性给地铁建设也带来了巨大的挑战。风化花岗岩残留体作为复杂地质现象的一种经常出现在国内东南沿海的大多城市中,给地铁的建设带来了不利的影响。为降低该种地层对地铁修建产生的不利影响,常采用地表钻孔爆破对地铁隧道断面内的高强孤石进行预处理,使其爆后的孤石块度满足盾构机出渣系统对块度尺寸的特殊需要,从而降低地层整体强度进而减少更换刀盘的频率和施工风险,但该方法中使用的炸药量一般根据经验确定,且未对爆破后的块度分布特征开展研究,导致爆破预处理达不到预期效果,目前已成为地铁建设中亟待解决的课题之一。本文采用模型试验和数值模拟手段对不同强度孤石、不同上覆层厚度以及不同炸药量情况下的块度分布特征进行研究,主要内容如下:(1)基于相似理论,建立相似准则并设计了爆破模型试验方案,并分别开展了80MPa和100MPa孤石强度的爆破模型试验。试验考虑了炸药量和埋深的不同,并对试块爆破后的块度进行收集和筛分,得到了两种强度试块在不同装药量和不同埋深条件对应的块度分布数据。(2)对模型试验数据进行分析,得到不同强度试块爆破时,炸药单耗和埋深条件不同对于试块在不同级别筛孔累积质量的影响规律,分别总结出炸药单耗和埋深与试块爆破后平均块度的关系,并与其他学者的研究成果进行了对比。另外,引入分形理论计算得到了不同试验工况的分形维数,并建立了其与炸药单耗和埋深的关系。(3)借助有限元软件ANSYS/DYNA建立了孤石爆破三维数值计算模型,对80MPa和100MPa试块在12g和20g炸药量、且在不同埋深时的爆破进行了模拟。提取了距离爆源不同距离的应力值,从应力分布角度分析了炸药量和埋深变化对爆破应力分布的影响规律,进而与试验结果进行了对比。