《爆破工程地质》PPT课件.ppt

爆破工程地质,主要内容,1 岩石性质与分级2 岩体结构特征3 地质条件对爆破影响4 爆破对地质条件的影响 5 爆破工程地质勘察,概 述,了解掌握爆破工程地质目的 是获得良好爆破效果的前提：岩体是工程爆破的主要对象，只有了解岩石物理、力学性质，岩体的结构构造等工程地质条件，才能制定合理爆破方案、施工方法，取得良好的爆破效果。,是确定爆破经济指标的依据：在大量实践和试验研究基础上，依据工程地质条件，进行岩石钻孔、爆破难易程度划分，作为工程投标、承包单价、确定钻爆器材消耗和劳动定额的依据。,为爆破工程安全与稳定性提供依据：研究爆破作用下，不同地形、构造等地质条件产生的各种安全、稳定因素（包括影响区内建筑物；爆后坝基、边坡岩体等）和系列工程地质问题，为确保爆破工程安全措施制定提供依据。,1 岩石性质与分级基本概念,岩石 是组成地壳的基本物质，由一或几种矿物组成的天然集合体，种类多样、性质多变；不包含显著弱面的均质岩石称为岩块，在一定程度上代表了相应的岩石。岩块通过室外采集、室内加工制作试样、测试，获得岩石的物理力学性能指标。,岩体 一定工程范围内，经历漫长地质作用形成的自然地质体；是受到各种地质软弱面切割的岩块组合体；其内部保留了永久的各种地质构造形迹。岩体与岩石联系和区别：成分相同；岩体包括结构面，强度远低于岩石强度；爆破工程中研究岩体强度指标更有意义。,1 岩石性质与分级基本概念,1 岩石性质与分级基本概念,岩体质量评价采用岩石质量指标（RQD:直径为75mm金刚石钻头连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长之和与总进尺比值百分比示）岩石质量指标（RQD）分类表,1 岩石性质与分级基本概念,岩体与岩石纵波速度之比计算完整性系数 Cm=(Vm/Vc)2,1 岩石性质与分级岩石分类,岩石种类很多，但按其成因分为3类：岩浆岩：埋藏在地壳深处的岩浆（主要为硅酸盐）上升冷凝或喷出地表形成。侵入岩：地下冷凝形成，按埋深分：深成岩、浅成岩。整体块状，结晶颗粒越细、结构越致密，强度越高、坚固性较好。火山岩：喷出地表形成（喷出岩）。整体性较差，伴有气孔和碎屑，钻孔易卡钻。常见：花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、流纹岩等。,表 6-1,1 岩石性质与分级岩石分类,沉积岩：地表母岩经风化剥离或溶解后，经搬运和沉积，在常温常压下固结形成的。按结构和矿物成分不同又分为：碎屑岩、黏土岩、化学岩及生物岩；特点：坚固性除与矿物颗粒成分、粒度和形状有关外，还与胶结成份和颗粒间胶结强弱有关：硅质胶结铁质胶结钙质、泥质胶结。常见：石灰岩、砂岩、页岩、砾岩等。,表 6-2,1 岩石性质与分级岩石分类,变质岩：岩浆岩、沉积岩在高温、高压或其他因素作用下，矿物成分和排列经某种变质作用而形成的岩石。变质程度越高、矿物重结晶越好、结构越紧密，坚固性越好。正变质岩：岩浆岩形成的变质岩，常见：花岗片麻岩；副变质岩：沉积岩形成的变质岩，常见：大理岩、板岩、石英岩、千枚岩等。,上述三种不同成因的岩石而言，一般地说岩浆岩可爆性较差，沉积岩和变质岩的可爆性较好。,1 岩石性质与分级岩石分类,1 岩石性质与分级基本性质,岩石的物理性质孔隙度 岩石中孔隙的总体积V0与岩石的总体积V之比。即：孔隙率：常见：0.1%30%。岩石中冲击波和应力波传播速度与孔隙率成反比。,1 岩石性质与分级基本性质,密度：岩石颗粒质量与所占体积之比 常见：14003000kg/m3。容重：岩块总质量与总体积之比，也即：单位体积岩石质量。密度与容重成正比；容重增加可爆性越差，工程中用下式估算标准抛掷爆破炸药单耗：,1 岩石性质与分级基本性质,波阻抗：岩石纵波速度与密度乘积：波阻抗表示岩石对应力波传播的阻尼作用，一般波阻抗越大，凿爆越困难；波阻抗对炸药能量在岩体中的传播效率有直接影响，当炸药的波阻值与岩石的波阻抗值相接近（相匹配）时，爆破传给岩石的能量就多，爆破效果就越好。,例：西安安康线上秦岭铁路隧道时，遇到深埋强度超过250MPa特硬岩，波阻抗达：15106kg/m2s，为此特研制了爆速达4500m/s以上、装药密度1260kg/m3的专用水胶炸药，替代普通乳化炸药，才获得良好的爆破掘进效果。,1 岩石性质与分级基本性质,1 岩石性质与分级基本性质,岩石风化程度：岩石在地质内、外营力作用下发生破坏疏松程度。风化程度大，岩石孔隙率和变形大、强度和弹性能降低。同一岩石风化程度不同，物理力学性质差异很大。,根据GB50218-1994工程岩体分级标准岩石风化程度分为：未风化、微风化、弱风化、强风化和全风化,岩石的碎胀性：岩石破碎后，总体积增加的性质。常用碎胀系数或松散系数K，则。采掘工程中，选用装载、运输、提升等设备容器时，必须考虑碎胀系数；岩石爆破所需膨胀空间与岩石碎胀系数有关。,常见岩石的物理性质,1 岩石性质与分级基本性质,主要力学性质力学性质：外力场作用下，岩石性态反映。外力作用下，岩石发生变形，变形到一定程度将发生破坏，岩石破坏时强度称为岩石极限强度。岩石力学性质表现为：变形特征和强度特征。,1 岩石性质与分级基本性质,岩石变形特征：随外力大小不同、自身物理力学性质不同，发生的变形不同：弹性：外力解除后能恢复原状的性能。塑性：外力解除后，不能恢复原状留有一定残余变形的性能。脆性：外力作用下，不经显著残余变形就发生破坏性能。,岩石因其成分、结晶、结构等的特殊性，不像一般固体材料那样具有明显的塑性，脆性是坚硬岩石固有特征。,1 岩石性质与分级基本性质,1 岩石性质与分级基本性质,岩石强度特征：岩石强度：外力作用下，岩石破坏前，所能承受的最大应力，是衡量岩石力学性质主要指标。分为：单轴抗压强度：单轴压力下岩石试件发生破坏极限强度。单轴抗拉强度：单轴拉力下岩石试件发生破坏极限强度。抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的最大能力，用剪断时剪切面上的极限应力表示。,试验表明：岩石抗压强度抗剪强度抗拉。一般：抗拉强度比抗压强度小90%98%，抗剪强度比抗压强度小87%92%。抗剪强度与所受压应力、内聚力c和内摩擦角之间关系为：,1 岩石性质与分级基本性质,1 岩石性质与分级基本性质,弹性模量E:弹性变形范围内，应力与应变之比。泊松比:试件单向受压时，横、竖向应变之比。各向异性、不均匀性、非线性变形。,1 岩石性质与分级动力学特性,动静载界定岩石承受荷载分：动载、静载，不同荷载方式下，岩石表现出力学特性不同。给出的岩石力学参数，一般为静载作用下。用变形过程中的平均加载率或平均应变率来判别。,动载作用下，岩石的动力学强度、变形模量均比静力学的有明显增大。如：辉长岩试件静力抗压强度：180MPa；当动力加载速度（加载至试件破坏的时间）为30S时抗压强度增大至210MPa。加载速度为3S时抗压强度增大至280MPa。相对于静载强度分别提高了17%和55%。,1 岩石性质与分级动力学特性,1 岩石性质与分级动力学特性,炸药爆炸，产生爆轰波瞬间作用于岩石界面上，是一种强烈的动载，并以冲击波形式向爆源周围岩体传播，随着距离增大，迅速衰减为应力波。爆源近区冲击波作用下岩石应变率1011/s;中远区应力波作用下岩石应变率：5104/s。,1 岩石性质与分级动力学特性,爆破动载特点冲击荷载作用形成应力场与岩石性质有关；静载则无关。冲击荷载作用时间是瞬时的，一般为毫秒级；静载通常超过10s，因此，应力分布范围大，变形与裂纹发展充分。爆炸荷载以波的形式在岩体中传播，动载变形特征除具有静载变形特征外，还具有波动特征，因此破坏所耗能量多。,1 岩石性质与分级岩石分级,引 言分类目的：岩石种类多样、形态繁杂，具体目的：选择合理的手段和方法破碎不同的岩石，达到最佳技术经济效果；选择合理的岩石支护方法，安全、可靠地保护岩石工程（边坡、隧道、采矿等）安全。为工程建设提供工程类比资料。,现 状岩石分级在岩石力学的发展中起着非常重要的作用，如：普氏分级、Q指标、RMR等。围绕不同目的和功能，采用不同分级指标体系，国际上出现了几十种分级体系、方法，有代表性的多达十多种。至今，国际上没有普遍、通用的分级方法。,1 岩石性质与分级岩石分级,1 岩石性质与分级岩石分级,岩石可钻性、可爆性分级，是岩石分级体系下的二次分级，是专门为爆破工程服务的岩石分级。既有岩石分级体系的共性，又有针对爆破的独特性。我国建国初引入前苏联岩石分级方法，半个多世纪以来，各部门也曾制定有特色的岩石分级法。但至今还没有一个公认的普遍都适用的分级法。,1 岩石性质与分级岩石分级,土壤及岩石分类下表是我国建筑、市政工程等普遍采用的建设部制定的全国统一建筑工程基础定额土壤及岩石开挖分类表。分级原则：按坚固系数f（f=R/10，）和轻型钻机钻进1m的耗时将土壤和岩石分成-XVI 类。用于确定岩土开挖方法、判断岩石爆破难易程度、计算单价的依据。,1 岩石性质与分级岩石分级,岩石可钻性分级可钻性：表示钻凿炮孔难易程度的指标国外用：抗压强度、普氏系数、点荷载强度、岩石侵入深度等作为评价指标国内，东北大学1980年提出的用凿碎比能为判据，评价岩石的可钻性凿碎比能，用便携式凿测器，在现场直接测定也可按40f，近似计算,凿测器由：钎头、承击台、落锤、导向杆和转动手柄等组成。锤重4kg，可沿导向杆锤击嵌有一字形刃直径为40mm的钎头，落锤高度1m。测定：开好孔口，冲击480次，每次转动钎头15，每冲24次清除一次孔底岩粉，最后量取凿孔总深度H（mm），便可得出岩石的凿碎比能a=14249/H，J/cm3。如无测定条件，也可根据普氏岩石坚固性系数f，按a=40f 近似关系式，初估岩石的凿碎比能。,下表按凿碎比能指标进行的岩石可钻性分级表，共7级。,1 岩石性质与分级岩石分级,岩石可爆性分级可爆性：岩石在炸药爆炸作用下发生破碎难易程度 爆破分级专门为爆破工程服务的分级。意义在于预估炸药消耗量和制定定额，并为爆破设计优化提供基本参数。,爆破性分级发展历程 最早分级方法：17世纪霍夫曼（F.Hoffmann）按开挖方法（爆或不爆）、开挖工具不同，将岩石分为六类。1889年齐哈（F.Rziha）按开挖工具、开挖消耗炸药量将岩石分为四类九级。1926年前苏联普氏提出的以普氏系数为依据的普氏分级法，将岩石分为十级。,1 岩石性质与分级岩石分级,50年代开始，日本以弹性波速、裂隙间距、龟裂系数、抗剪强度等因素对岩石进行分级。美国以破碎功指数、岩石弹性变形能系数为指标的岩石爆破性分级法；前苏联：苏哈诺夫以炸药单耗为指标；巴隆以岩石表面能为指标；哈努卡耶夫以岩石波阻率为指标等等的爆破性分级法。可见，对岩石进行可爆性分级的难度及复杂性。,1 岩石性质与分级岩石分级,各国发表的爆破性分级方法有数十种，按其分级准则大致分为六大类：以岩石力学强度参数为准则的分级法 以炸药单位消耗量为准则的分级法 以工程地质参数为准则的分级法 以弹性波速度为准则的分级法 以能量准则为岩石爆破性分级的准则 以岩石破坏时的临界速度为准则,1 岩石性质与分级岩石分级,目前常见的几种分级方法：前苏联哈努卡耶夫爆破性分级：岩石裂隙对爆破具有重要意义，利用岩体裂隙发育程度和波阻抗率结合，建立5级爆破分级方案B.H.库图佐夫爆破性分级：按炸药单耗、裂隙、抗压强度等6个指标，建立10级分级方案。,1 岩石性质与分级岩石分级,岩石爆破破碎性分级法：不仅考虑了岩石的基本性质，而且对所采用的炸药品种和单位耗药量做了相应的规定。,1 岩石性质与分级岩石分级,东北大学爆破性分级：东北工学院1984年提出的。以爆破漏斗试验体积、爆破块度分布率为主要判据，根据大量统计数据分析，建立爆破性指数指标，按指标值级差将岩石可爆性分成5级十等。,1 岩石性质与分级岩石分级,东北大学岩石爆破破碎性分级表,东区可爆性分级指标参数表,西区可爆性分级指标参数表,4指标分级（通过研究）,1 岩石性质与分级岩石分级,结构面：岩体中存在的各种类型地质界面，称为薄弱面、不连续面或结构面。岩块或结构体：不同方位结构面组合将岩体切割成不同形状、大小的块体。岩体结构：岩体中不同形态、规模、性质的结构面和结构体的相互结合，构成岩体结构。岩体的结构特征，决定了岩体在爆炸荷载作用下的变形和破坏规律。,2 岩体结构特征基本概念,岩体结构面成因与类型：岩体成岩过程、特别是成岩后，长期受地壳内力、外力地质作用，使岩石发生变形、断裂、内部结构改变，形成各种结构面。结构面成因不同，工程地质特征也不同。按成因，结构面可划分为三种类型：原生结构面、构造结构面和次生结构面三大类型。,2 岩体结构特征结构面,原生结构面：岩石形成过程中产生的结构面如：沉积岩建造中的：层理、层面、沉积间断面（不整合面及假整合面）、沉积软弱夹层；岩浆岩建造中的：流动面、冷缩形成的原生裂隙；侵入体与围岩的接触面、间歇性喷发面、喷发覆盖形成的潜伏软弱层；变质岩建造中的：片理、板理、片麻理、混合岩层面等。,2 岩体结构特征结构面,构造结构面：地壳运动中由构造应力作用产生的各种破裂面，称为构造结构面。如：断层，裂隙和劈理等。其中裂隙（构造裂隙，也称构造节理）分布最广泛；而断层的延伸规模很大。,2 岩体结构特征结构面,次生结构面：岩体受卸荷、风化、地下水等次生作用所形成的结构面，称为次生结构面。包括风化裂隙、卸荷裂隙等。爆破工程中，结构面的发育程度和形状对单位耗药量和爆破安全起决定性作用。,2 岩体结构特征结构面,3 地质条件对爆破影响概述,岩性决定开挖方法、可钻性、可爆性。具体爆破设计时，下述参数选取也与岩性有密切的关系：炸药品种的选择；爆破每立方米岩石耗药量的确定；爆破漏斗及方量计算时的压缩圈系数、上破裂线系数、预留保护层厚度系数、药包间排距系数；各种岩石的爆后松散系数，抛掷堆积计算的抛距系数和塌散系数；爆破安全计算中的不逸出半径、地表破坏圈范围，以及爆破振动计算中的有关系数等等。工程实践表明，除岩性与爆破有关外，地形、结构面等地质条件对 药包布置和爆破效果也有重要影响。,3 地质条件对爆破影响概述,软弱面与软弱带软弱面：岩体中不夹有一定厚度软弱物质的地质界面，如裂隙面、层面、劈理面等；软弱带：夹有一定厚度软弱物质的地质界面，如断层破碎带、软弱夹层、喷出岩的间歇层等（IIII级）。,两者应力波传播差异：当岩石中只存在一个裂面，裂面两侧介质为同一岩石，且裂面闭合、挤压较紧，这种情况下，应力波的传播，基本上不受裂面的影响(从工程观点讲，其影响可以忽略不计)。,3 地质条件对爆破影响概述,但存在一断层破碎带时，软弱介质密度、弹性模量、应力波传播速度，均与岩石介质相差较大。且软弱介质与两侧存在两个界面，应力波传播至界面处将要发生反射、折射以及波型转换等，从而断层破碎带两侧的动应力、应变有很大的差异。,3 地质条件对爆破影响概述,结构面对爆破效果影响（6个方面）（1）应力集中作用 软弱带、面等结构面存在，使岩石连续性遭破坏。岩石受力时，从强度最小的结构面处首先裂开，并在裂缝尖端发生应力集中。特别是爆破作用的破坏是瞬时的，来不及进行热交换，且处于脆性状态，结果使应力集中现象更加突出。因此，软弱面发育地区，炸药单耗量相应低。,3 地质条件对爆破影响结构面,(2)应力波反射增强作用 应力波传至两者的界面处，发生反射，反射波与后续传来的波相迭加，软弱带迎波一侧岩石破坏加剧。对张开的软弱面，这种作用亦较明显。,张开裂面两侧爆破破坏的差异性,3 地质条件对爆破影响结构面,应该说明，软弱带、面产生反射增强作用明显与否，视爆破规模区别对待：爆破规模大，足以使张开软弱面紧密闭合，软弱面或软弱带对应力波反射增强作用可忽略不计；对于开挖小炮，不大裂隙面即影响效果；对大规模群药包爆破，小断层破碎带影响也不显著。,3 地质条件对爆破影响结构面,(3)能量吸收作用破碎带界面反射作用、软弱带介质压缩变形与破裂，使作用于软弱带背波侧应力波能量减弱。它与反射增强作用同时产生。因而，软弱带可保护背波侧岩石，使破坏减轻。,3 地质条件对爆破影响结构面,（4）泄能作用软弱带（面）穿过爆源通向临空面，或爆源到软弱带距离小于最小抵抗线一定倍数时，炸药能量 以“冲炮”形式泄出，降低爆破效果。爆破作用范围内，溶洞存在，亦会发生泄能作用。A、B药包爆破效果较C、D、E差,溶洞的泄能作用使裂隙过早终止,3 地质条件对爆破影响结构面,(5)楔入作用高温高压爆炸气体膨胀作用下，爆炸气 体沿软弱带高速侵入，使岩体沿软弱带 发生楔形块裂破坏。,3 地质条件对爆破影响结构面,（6）改变爆破漏斗破裂线作用如爆破漏斗范围存在较大结构面，根据结构面与药包的相对位置和产状不同，将会影响漏斗形状、大小，减少或增加爆破方量，不能达到预定爆破效果。,3 地质条件对爆破影响结构面,对硐室爆破漏斗影响结构面在药包后，且截切上破裂线，漏斗沿结构面发展，漏斗体积比设计小，减少爆破方量，抛掷加强。结构面在药包前，且截切上破裂线R，爆破后上部岩块将会沿结构面坍滑，使上破裂线后仰，爆破方量增大，大块率较高。,3 地质条件对爆破影响结构面,结构面在药包后,结构面在药包前,结构面与最小抵抗线斜交时，爆破时漏斗形状和抛掷方向都将受到影响。结构面与最小抵抗线垂直或平行，抛掷方向不改变，但爆破漏斗形状和爆破方量将受影响。,层理对爆破漏斗的影响,3 地质条件对爆破影响结构面,对炮眼爆破漏斗影响情况图片,3 地质条件对爆破影响结构面,通过结构面对爆破影响的6种作用的分析，设计相关爆破参数时，应充分利用结构面的有利作用，避开其不利作用，才能达到满意的爆破效果。,3 地质条件对爆破影响结构面,对爆破岩块破裂特征影响岩体强度受岩石强度和结构面强度控制，更多情况下受结构面强度控制，爆破岩块破裂面大多数沿岩体内部结构面形成的。爆后岩块特征统计表明：沿结构面形成爆块表面呈风化状态；由岩石断裂形成岩块表面，均呈新鲜状态。据某工程统计：爆块表面风化面数占统计面数的7990，而新鲜面数仅占1021。爆破块径愈大，风化面数占的比例也愈大,3 地质条件对爆破影响结构面,不同块径风化面占比例统计表,注：L表示岩块上原生裂隙面数量；Z表示岩块总表面数,3 地质条件对爆破影响结构面,表中看出：爆破块径愈大，风化面数占的比例也愈大,结构面对爆破块度分布影响研究表明，结构面分布不仅对岩块破裂特征有重要影响，且对爆堆块度分布规律有重要影响；水利水电科学研究院研究表明：结构面发育程度对大粒径块度分布有控制性影响，而2cm以下的粒径块度分布主要受岩石力学强度影响；统计表明，在统计的大块中，新鲜面仅占57%,3 地质条件对爆破影响结构面,因此要想得到准确爆破块度预报，进 行详细工程地质勘察非常必要，尤其必须进行节理裂隙的统计分析。,3 地质条件对爆破影响结构面,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：把厂房给砸了！,3 地质条件对爆破影响结构面实例,概述地形条件，指爆区山体高低、地面坡度起伏、临空面形状和数目、冲沟分布等地形特征。,3 地质条件对爆破影响地形,爆破地形是局部范围地形，简称微地形。根据特征分为：水平地形、倾斜地形、凸形多面临空地形、凹形垭口地形。按地面横向坡度角大小，倾斜地形分为：缓坡地形(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。,3 地质条件对爆破影响地形,图2-6 微地形多边界条件分类示意图（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,3 地质条件对爆破影响地形,地形条件是爆破设计中必须充分考虑的，是影响爆破效果和经济效益的重要因素。不同地形条件要因地制宜进行爆破设计，利用好地形条件可以节省爆破成本，有效地控制爆破抛掷方向，反之容易造成安全事故。,3 地质条件对爆破影响地形,平坦地形由于地形平坦，岩体本身位能低，采用抛掷爆破时，抛掷率低。一般先采用松动爆破，爆后再用机械清方。如果周边环境条件允许，可采用抛掷爆破(即扬弃爆破)，加大抛掷力度，以提高爆破开挖效率。平坦地面扬弃爆破，一般炸药单位消耗为1.52.0kg/m3。,3 地质条件对爆破影响地形,斜坡地形：缓斜、一般斜坡、陡坡和绝壁地形。缓斜地形：由于地形坡度缓，爆破漏斗内爆破石方不坍塌，抛掷率低。不使用大药量药室爆破。由于自然边坡和人工边坡交角大，采用其他爆破方式，应注意爆破对边坡稳定性的影响。为保护边坡稳定性，风化岩层可采用大型机械开挖加人工刷坡方法，能获得良好的开挖效果。,3 地质条件对爆破影响地形,一般斜坡地形 岩体具有一定位能，爆破漏斗范围内岩体既产生崩塌作用，也会产生坍塌作用。特别在交通道路路基半填半挖施工中，岩块侧向抛掷作用随地形坡度增加而加强。可采用中等药量药室爆破施工。抛掷爆破炸药单耗量通常为：0.81.5kg。抛掷率与地形条件有关，坡度愈陡，抛掷率愈高，最大达7080。,3 地质条件对爆破影响地形,陡坡和绝壁地形岩体具有较高位能，爆破时岩块崩塌、坍塌作、侧向抛掷作用强烈，岩块抛掷率大幅增加。为节省炸药量，此类爆破设计，可不采用抛掷爆破，只考虑充分破碎岩石即可。这样可同时减轻爆破对岩体破坏，有利边坡稳定。,3 地质条件对爆破影响地形,凸形多面临空地形 这类地形边缘岩体破碎，山体中部岩体完整，可采用大约量药室爆破施工。根据球形药包作用原理，每个临空面都存在最小抵抗线，会增加了岩体爆破破碎方量和抛掷方量，降低了单位耗药量，是进行硐室爆破最有利地形。但该地形，对定向爆破方向和集中程度影响大，布药包必须特别注意。如药包中心到第二临空面距离小于药包破坏半径1.31.4倍时，不能保证良好定向效果；如果小于0.80.9倍破坏半径时，甚至爆破方向也不能得到保证。,3 地质条件对爆破影响地形,凹形垭口地形马鞍形凹陷地带，是公、铁路翻越山岭必经之地，路堑多采用爆破开挖方案。为两侧山坡，中间低洼凹槽地形，最小抵抗线方向只能向上，爆破能量侧抛作用小，且岩块又从两侧山坡坍塌回落爆破漏斗中，严重影响爆破抛掷率，是爆破中最不利地形条件。特别是在肥厚山岭地区，属纵向长、宽、深爆破地形，爆破夹制作用大，应该尽量避免这类地形条件下采用大爆破方法。,3 地质条件对爆破影响地形,对深孔爆破和条形药包爆破影响第一排药包布置和装药结构必须根据地形变化而调整：地形低凹处：需减少炸药量或后移药包而地形凸起处：最小抵抗线加大，需增加药量或前移药包，这样才能达到相应爆破要求,3 地质条件对爆破影响地形,地形对布药形式及爆破块度的影响北京密云水库大坝石料开采，山体为坚硬花岗岩，正面底部宽80m，高106m，坡度75，属于典型陡坡地形。按集中装药布置上、中、下三层药包。,3 地质条件对爆破影响地形实例,3 地质条件对爆破影响特殊地质条件,特殊地质条件界定岩溶地区爆破，遇到岩溶问题(大小不同溶洞、互相连接成暗河)矿山爆破工程中，除岩溶问题外，还存在旧洞(窿)或采空区对爆破工程影响问题它们对爆破作用影响，性质基本一样，界定为特殊地质条件。,（1）溶洞对抛掷方向影响设计沿最小抵抗线W1定向抛掷，由于药包至溶洞距离W2比W1小，因而岩块抛掷方向沿W2集中抛掷到溶洞中。,3 地质条件对爆破影响特殊地质条件,(2)溶洞对抛掷方量影响由于爆破能量密度向溶洞方向集中，因而大大降低爆破抛掷方量。,3 地质条件对爆破影响特殊地质条件,溶蚀沟缝或岩溶中，由于充填粘土常常造成吸收爆炸能量或漏气等情况而降低爆破威力，缩小爆破漏斗尺寸，减少爆破方量。,3 地质条件对爆破影响特殊地质条件,溶洞位于药包前最小抵抗线方向，爆炸能量向溶洞集中，抛掷岩块堆积到设计范围以外，甚至引起“冲天炮”情况等严重爆破安全事故。,3 地质条件对爆破影响特殊地质条件,(3)溶洞对安全技术影响,药室顶部有溶洞时，可能会造成洞顶塌落。岩溶作用，常造成爆破能量密度分布不均匀，有的位置爆破岩块过细，有的岩块过大，甚至出现特大岩块及爆后边坡稳定的问题。,3 地质条件对爆破影响特殊地质条件,为避免溶洞对爆破影响，采用如下措施：尽量利用溶洞作导洞药室，既可避免对爆破影响，又可减少导洞药室开挖量；将药包附近溶洞用土石方堵塞。堵距：自药包中心至溶洞堵塞部分距离应大于最小抵抗线；调整药包位置，使药包中心至溶洞距离接近或大于最小抵抗线；,3 地质条件对爆破影响特殊地质条件,溶洞与线路方向垂直时，可在溶洞两侧布置 2个同时起爆药包；如溶洞容积小，可不堵塞；岩溶发育地区，不宜采用定向抛掷大爆破，应采用松动爆破；洞中装入适量的炸药，与邻近药包同时爆炸，使洞中充满一定的爆炸气体，平衡附近药包爆炸作用影响；采取施工安全技术措施，爆破时加强安全警戒工作。,3 地质条件对爆破影响特殊地质条件,硐室爆破主要是对爆破前导洞、药室开挖，装药、堵塞等施工条件有直接影响。如导洞、药室处在地下水位以下，药包应采用防水措施；地下水发育地区，应考虑防水炸药，或在药室设计时采用有效排水措施，消除其危害性。,3 地质条件对爆破影响地下水,钻孔爆破主要是对钻孔、装药、堵塞施工作业影响；钻孔达地下水位以下，孔内渗水，凿岩岩屑不易吹出，易发生卡钻；装药时，孔内有水，因水的浮力，使药卷不易沉人孔底；堵塞炮孔时，砂土不能及时下沉，孔口堵塞不严实，会发生冲炮，减弱爆破作用力；及时排水和采取有效装药、填塞措施。,3 地质条件对爆破影响地下水,4 爆破对工程地质条件的影响,爆破设计，除按要求做出合理的设计外，还应预测爆破对周围工程地质条件的影响。这种不利影响也许爆后短时间内并不显现，但以后外界的应力作用下会有所反映，因此必须充分重视。,爆破对保留岩体破坏一般特点：炸药在有临空面的半无限介质中爆炸，从药包中心向外分成压缩区、爆破漏斗区、破裂区和振动区。压缩区、漏斗区是爆破后挖运范围，破裂区和振动区是爆破对工程地质条件改变影响区域。,4 爆破对工程地质条件的影响,破裂区裂缝主要是：反射拉伸波、应力波沿岩体中原有节理裂隙扩展而成；底部基岩裂隙有一部分是岩体破裂出现新裂隙。爆区后缘边坡地表破坏范围比深层垂直破坏范围大，地表破坏与深层垂直破坏有不同特点。,4 爆破对工程地质条件的影响,（1）后缘地表破坏原因：地表一般为风化破碎岩体，抗拉强度小，易形成裂缝，在爆破后冲和反射拉伸波作用形成。特点：方向：裂缝沿着平行临空面方向延展；裂隙分布规律：距爆区越近裂缝越宽、密；宽、长度与爆破规模、夹制作用、地形地质条件有关，爆破规模大、夹制作用强，则地表裂缝破坏程度大。,4 爆破对工程地质条件的影响,根据经验总结，地表破坏区作用半径可用下式计算：,4 爆破对工程地质条件的影响,式中：Q装药量，kg；Rp药包中心至地表裂缝区最远边缘 的距离，m；Kp破坏系数，取值范围一般为Kp=1.72.6，最大也未超过3.0。,控制措施：爆破区最后排或破裂线后缘进行预裂爆破。目前预裂爆破已是提高边坡开挖质量重要手段。,4 爆破对工程地质条件的影响,（2）深层基岩破坏工程性质不同，爆破对深层基岩破坏要求不同：采石爆破不考虑基岩破坏路堑爆破仅考虑药包周围压缩圈产生的破坏范围。一般路堑开挖需给路基和边坡预留保护层，保护层厚为压缩圈半径。在水工坝基开挖中，即使爆破作用下产生的微小裂缝也被视为对基岩的破坏。,4 爆破对工程地质条件的影响,保护基岩措施经验表明：药包以下破坏半径小于最小抵抗线。因此，坝基开挖：上层采用深孔爆破，下层采用浅孔爆破，最底层采用人工凿除办法。为减小爆破对深层基岩破坏，可采用水平炮孔进行预裂爆破，形成预裂水平面，以阻止上层爆破裂缝向下扩展,4 爆破对工程地质条件的影响,爆破振动对土岩的影响：根据实测，爆破质点振动速度与岩 土破坏特征关系如下：,4 爆破对工程地质条件的影响,爆破对边坡稳定性影响 爆破产生边坡失稳情况分2类：爆破振动引起自然高边坡失稳。爆破开挖后残留边坡遭受破坏，经日后风化作用引 发不断塌方失稳。一般边坡失稳由药室大爆破引起。该法产生振动强烈，对岩体破坏程度和范围大，在药室法大爆破设计中应对边坡稳定性影响有足够重视。,4 爆破对工程地质条件的影响,（1）爆破对自然边坡稳定性影响 取决于以下两个方面：爆破振动强度；坡体自身地质条件：从统计资料来看，边坡角35以上边坡容易发生失稳破坏。实践证明，4种情况爆破振动易诱发边坡失稳：,4 爆破对工程地质条件的影响,爆区附近坡体有贯通滑动面，或发育古滑坡，靠滑面抗剪强度维持稳定。爆破振动作用，抗剪强度下降，引起滑坡。此失稳滑方量大，危害大。如石砭峪爆破筑坝，导流洞进口顶部岸边岩体滑塌，塌方量10.4米3，导流洞进口堵死，给坝体安全带来严重威胁。,4 爆破对工程地质条件的影响,坡体内虽没有贯通滑动面，但发育1组以上倾向坡体外节理裂隙，强度低，爆破振动作用下，裂隙进一步扩展、贯通，产生滑移变形。日后在降雨影响下经常滑动，最后完全失稳。如南水电站爆破筑坝后，爆破周边边坡常发生掉块和小变形，其变形量与降雨量有关，终于在1962、3、29，一次滑动和坍塌几百方。,4 爆破对工程地质条件的影响,垂直节理发育，边坡高陡。受强烈爆破振动时，尤其坡缘处振动波迭加反射加强，变形超过限度后，岩柱拉裂折断，导致边坡坍塌。边坡失稳塌方量也较大。山西里册峪水库定向爆破筑坝工程，主爆区外围下游5200m2面积大滑塌；福溪水库，垂直柱状节理也发育，爆后岸边散裂坍塌现象也较严重。,4 爆破对工程地质条件的影响,岩体较完整，坡缘发育成冲沟、张开性裂隙，将岩体分割成危石，爆破振动作用下，危石脱离母体崩塌；或爆破没崩落，但稳定性降低，日后暴雨冲刷下发生崩塌。这种崩塌岩块易阻断交通道路，或将电源线路砸断，给工程带来困难。但危害较前三类轻。太钢峨口铁矿定向爆破筑坝时，也发生了这类边坡失稳现象，形成下游坝脚左岸约0.8万m3的堆石。,4 爆破对工程地质条件的影响,（2）爆破造成残留边坡坍塌失稳：破坏程度影响因素：爆破药量。一次起爆药量大，坡内应力波强，边坡破坏愈严重。最小抵抗线。W愈大，坡后反冲力愈强，破坏愈严重。岩体地质条件。地质条件不良，岩性较软、破碎，施工时清方刷坡不够彻底，边坡塌方失稳可能性大。原有力场改变与地质风化作用。使新边坡不断变形，稳定性渐渐衰失。,4 爆破对工程地质条件的影响,4 爆破对工程地质条件的影响,路堑边坡稳定性爆破开挖措施 根据铁道部门统计分析，早期宝成线采用药室法大爆破开挖路堑边坡，发生塌方失稳事故较多，后期采取预留保护层、光面预裂爆破技术，残留边坡稳定性大大改善。,4 爆破对工程地质条件的影响,中小型爆破时，岩石边坡的合适坡建议值。,路堑边坡开挖爆破注意的问题：爆破与地质条件密切结合。根据岩性确定炸药单耗量，考虑地质构造对路堑边坡稳定性控制作用，根据地质构造布置药包，确定参数。爆破技术选择与边坡稳定性关系。采取预留较厚保护层、光爆层，预裂钻孔爆破和硐室爆破相结合等安全高效爆破爆破技术。爆破施工质量对边坡稳定性影响。对宝成、兰新、鹰厦铁路线统计表明，边坡变形工点有198处。其中爆破施工质量引起的占34.3%。,4 爆破对工程地质条件的影响,爆破对水文地质条件影响 爆破产生张裂缝引起水文地质条件改变：对边坡工程，是不利因素，既破坏岩体完整性，又增加地下水浸蚀作用，减小结构面抗剪强度，留下隐患。对地下水开采中是有利的，爆破使裂缝扩大、增多，有利于提高地下水资源开采量。利用井下爆炸提高地下水产量，同样也可提高石油开采量。,4 爆破对工程地质条件的影响,5 爆破工程地质勘察,爆破工程地质勘察目的与要求为正确了解爆破对象，采取针对实际、合理爆破技术，完成工程任务；它与一般工程地质勘察内容基本相同，由于爆破工程特殊性，必须满足以下爆破要求：,从地形地质条件论证采用爆破施工的合理性和可靠性查明爆区及影响范围内地质条件，论证爆破后因地质条件变化可能引起建筑物基础破坏情况，提出相应对策选择最恰当的各种爆破参数和允许的爆破规模为估计爆破效果，取得良好技术经济指标提供依据分析研究爆破前后的地质条件的变化，为解决有关绕坝渗流、岸坡稳定(筑坝情况)、边坡稳定等问题提供依据。,5 爆破工程地质勘察,长期实践经验表明，为满足以上5点要求，应对下述几个工程地质问题充分注意：（1）地形地貌 定向硐室爆破对地形地貌要求高。山坡应较宽阔，有利布置多列药包；山顶背后无陡峭山沟，山体应厚实。勘测时应特别注意地形测量和成因分析，特别是对微地形的描述与分析。,5 爆破工程地质勘察,（2）地层岩性 岩石强度是决定爆破单耗的主要指标；应准确进行分层和定名；特别注意软弱夹层，其将使爆破应力产生复 杂的波效应；确定风化层和坡积层厚度，其不仅影响爆破岩石块度，而且影响最小抵抗线的位置；确定各类岩石的密度和纵波速度。,5 爆破工程地质勘察,（3）地质构造对爆破影响最大是断层破碎带，它对抛掷方向、方量、振动以及爆破破裂壁面稳定性有很大影响；所以要特别查清断层产状、破碎带宽度，组成物质、密度与纵波速度等。其次是裂隙分布和裂隙的发育状况，它影响爆破岩块的级配和形状，并影响单耗正确选定。因此，应分片统计裂隙密度和性质，绘制成有关图表。,5 爆破工程地质勘察,(4)自然地质现象和地下水对爆破影响较大：岩溶、滑坡和不稳定岩体，他们可能使爆破泄能。所以对其位置、大小及分布规律要勘察清楚。滑坡或不稳定岩体存在，爆破时可能引起滑坡复活，或不稳定岩体塌落。因此，应充分查清其条件，并对其稳定性作出确切评价。药包一般布置在地下水位以上，但基岩地区往往沿断层破碎带或裂隙带有脉状水存在，影响药室施工和装药，这种脉状水的埋藏条件和补给来源应该查清。,5 爆破工程地质勘察,勘测内容及方法 根据爆破工程规模及要求不同，地质勘测工作深度及内容也是不同，一般分以下阶段进行：,5 爆破工程地质勘察,（1）初步设计阶段首先测绘中小比例(1：l00001：25000)地形地质图；在获得地形资料及踏勘基础上，规划药包位置，提出可能爆破方案，进行方案比较。确定初步方案后，测绘比例l：1000地形图；按岩石特性对地层分组；取样鉴定岩石成分和名称；进行岩石物理力学性质试验；调查褶曲、断层、节理构造和地质现象。对地形地貌及覆盖层分布情况做详细阐明；对复杂地质构造而又与爆破有关的地段进行地质勘探工作。使爆破设计方案建立在可靠的勘测和试验数据。,5 爆破工程地质勘察,对地形地貌及覆盖层的分布情况作详细的阐明；对未了解清楚的与爆破有关的复杂地质构造地段进行地质勘探补充工作。提出该地质条件下，能否进行爆破修建建筑物，配合地质勘探工作进行一系列爆破试验，使爆破设计方案建立在可靠的勘测和试验数据基础上。,5 爆破工程地质勘察,(2)技术设计阶段 上阶段基础上，在爆破区内进行更详细勘测工作：大比例(1：2001：500)地质测勘测工作；详细划分岩石性质，明确：其界线、不同岩层产状、物理力学性质；了解爆破区的断层、节理性质。,5 爆破工程地质勘察,采用钻探方法了解：主药包位置及其以下地质情况；深大断裂及软弱层伸延情况；定向爆破筑坝，应了解斜坡基础渗漏情况；露天矿或路堑开挖，应判断边坡稳定及应采用的坡度。通过 探洞、探槽作出：沿最小抵抗线剖面；相邻两药包间剖面；沿山坡倾向剖面；沿岩体中主要软弱带及断层面的剖面；沿山坡走向剖面；地形单薄处(可能存在不利影响）的剖面。,5 爆破工程地质勘察,应该指出：技术设计阶段勘测与设计，往往同时进行。本阶段设计，着重分为：各种药包布置方案的比较；最后选定布置药包方案。这两个步骤，必须按程序进行，不应加以混淆。此外，在经验还欠缺情况下，应当进行现场爆破试验工作。,5 爆破工程地质勘察,(3)施工阶段进行施工地质编录，进一步分析爆破设计合理性，并对设计进行修正。同时，了解在施工过程中不利地质因素，以便采取处理措施，保证施工进度安全等。施工地质编录包括两部分：一是在对爆破覆盖层或基础清理后校对原有地质图；另一是测绘药室导硐的地质展示图(比例1：1001：200，甚至于1：50)。,5 爆破工程地质勘察,实践证明，施工详图阶段，仍进行以下内容观测：地表裂隙；断层及大裂隙变动；山体岩石结构破坏情况；水文地质；边坡及危险地段；坑洞观测(即变形或掉块等)。爆破后，应根据需要进行一些勘探工作(如洞槽探及钻探等)，以对比其爆破前后破坏程度及范围。,5 爆破工程地质勘察,编写工程地质报告书由于爆破工程地质勘测阶段不同，编写报告及论