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近几十年来,随着国家基础建设和矿山开挖的迅速发展,各类大型工程和矿山越来越多的采用爆破技术。在爆破开挖施工过程中,由于爆破动荷载诱发的斜坡变形、崩塌和滑移屡见不鲜。本文依托中国地质调查局西安地质调查中心“吕梁山区采动区爆破振动地质灾害试验”项目,选取了山西灵石县某典型爆破震裂斜坡进行研究,调查了斜坡的地质概况和变形破坏特征,对斜坡岩体取样进行了相关基本物理试验和冲击荷载试验,获取了砂岩和泥岩的基本物理力学参数,并对岩石在动荷载作用下的动态力学性质进行了对比分析。在此基础上设计并完成了爆破物理模拟,分析了爆破地震波的特征,以及不同爆破工况下含软弱夹层模型地质体各层位的加速度、应变响应规律,结合物理模拟试验结果和UDEC数值模拟,分析了软硬互层斜坡的动力响应特征,模拟了斜坡在多次爆破荷载作用下的变形破坏过程,结合前文研究内容,分析了斜坡在爆破振动荷载作用下的破坏机理。主要有以下几点认识:(1)单次冲击荷载下,岩石的应力应变曲线表现为开口型和闭口型;多次冲击荷载作用下,随冲击次数的增加,动态弹性模量减小,屈服应力降低,屈服应变增大。在相同冲击荷载作用下,砂岩动强度更高,应变率较泥岩低,耗散能更大,破碎尺寸要小,其动态力学性能更好。(2)爆破地震波具有持时短、衰减快的特点,质点振动表现为两个阶段:不规则的强震阶段和相对较为规则的阻尼振动阶段。强震阶段,振动速度的第一个脉冲强度最大,但会随距离的增加而减小;爆破距离的增加会使得振动幅值宽度逐渐减小,距离较大时,其变化不明显,当距离相对较近时,相对振幅谱中有一个振幅最高,但分布频率范围较窄的振动分量,该分量随爆心距的增加而逐渐衰减,振动速度的频谱出现较尖锐的峰值。(3)模型不同层位的加速度响应呈现为:下硬层>软层>上硬层;多孔爆破时,加速度曲线出现多个加速度峰值,水平向加速度逐渐增大,而垂直向加速度呈现先增大后减小的趋势。爆破药量越大,加速度效应越显著;随着爆心距的增加,各层位的加速度是逐渐衰减的;斜坡底部爆破时,垂向加速度具有较强的脉冲特性,同时能够产生较大的初始加速度,但是衰减速度较快;而在斜坡前缘爆破时产生的初始加速度响应相对较小,但衰减速度相对较慢,对比分析发现,底部爆破振动时,对模型内部各层位的加速度响应更大。(4)在爆破作用下,模型不同层位的应变响应表现为:软弱层>下硬层>上硬层,模型内部材料产生了拉应变和压应变,水平向和垂直向都以拉应变为主,模型材料产生了不可逆的微应变;模型中各层位的应变峰值随着爆心距的增加而逐渐减小,相对而言,软层中的应变衰减的更为迅速;随药量的增加,模型各层位的应变响应加强,多孔爆破时其应变响应尤其明显;在底部爆破时,各层位的应变峰值更大,出现了多个脉冲峰值,其模型在垂直方向上产生更大的应变响应,压应变尤其突出,综合而言,相对于前缘爆破时,底部爆破会对模型产生更大的应变响应。(5)基于UDEC对软硬互层斜坡在爆破荷载作用下的动力响应进行了研究,爆破荷载作用下,斜坡内部相邻软硬层的加速度、应变响应与物理模拟试验结果类似,随着高程的增加,加速度峰值呈现先减小,然后呈波浪形变化的趋势,达到一定高程时,加速度随着高程的增大逐渐增大;应变峰值曲线呈现波浪式变化,在软层处应变显著增大,硬岩处应变急剧减小,整体上随高程表现为减小的趋势;位移响应则随着高程的增加而增大,坡表动力响应明显大于坡体内部,特别是斜坡在凸出部位,动力效应显著,产生“鞭梢效应”。(6)爆破荷载作用下,软硬互层斜坡的变形破坏是受多个因素影响的。爆破应力波在地质界面反射和折射,产生瞬时拉应力,促使结构面发生破裂,特别是在爆破波的脉冲作用下,相对软弱的泥岩率先出现损伤。而矿区边坡往往遭受多次爆破动荷载的影响,软弱层损伤逐渐累积,应力波在地质界面的耦合效应导致硬岩也出现拉张-压裂破坏,从而使得含软弱夹层(泥岩)地质体产生非协调变形,多次爆破作用下,非协调变形响应频繁,损伤逐渐累积,软弱面与陡倾裂面构成潜在滑移面,当其处于极限平衡状态时,很小的爆破振动都可能诱发斜坡失稳破坏。