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层状节理岩体隧道钻爆参数优化研究
摘要
针对层状节理岩体隧道开挖过程中的困难和安全风险问题，本研究设计并实现了一种基于爆炸钻掘技术的优化方案，旨在提高隧道开挖效率和降低风险因素。具体来说，本研究首先分析了层状节理岩体特性，确定了与岩体力学特性相关的各种参数；随后，采用数值模拟和实地观测相结合的方法研究了不同方案的钻爆参数优化策略，并通过实验验证了优化方案的有效性。实验结果表明，本方案具有较高的可行性和实用性，提高了岩体钻爆效率和减少了爆炸震动对周边生产和居民的影响。
关键词：层状节理岩体；隧道；钻爆参数；优化；数值模拟
Abstract
Inviewofthedifficultiesandsafetyrisksintheexcavationprocessoflayeredjointedrockmasstunnels,thisstudydesignsandimplementsanoptimizedschemebasedonexplosivedrillingtechnology,aimingtoimprovetunnelexcavationefficiencyandreduceriskfactors.Specifically,thisstudyfirstlyanalyzesthecharacteristicsoflayeredjointedrockmassanddeterminesvariousparametersrelatedtorockmechanicscharacteristics;then,usingacombinationofnumericalsimulationandfieldobservation,researchersstudydifferentdrill-blastparameteroptimizationstrategies,andverifiedtheeffectivenessoftheoptimizedschemethroughexperiments.Theexperimentalresultsshowthatthisschemehashighfeasibilityandpracticality,andimprovesrockmassdrill-blastefficiencyandreducestheimpactofblastvibrationonsurroundingproductionandresidents.
Keywords:layeredjointedrockmass;tunnel;drill-blastparameters;optimization;numericalsimulation
一、研究背景
在工程建设中，隧道的建设不仅具有重要经济价值，而且也是一项技术性强、难度大的工程。层状节理岩体在隧道开挖过程中迫切需要解决的一个核心问题，尤其是在大规模隧道施工工地内，岩体力学性质的极限变化常会给施工带来很大的困难。因此，如何通过改善钻爆参数的优化策略，提高隧道建设的效率和安全性是一项刻不容缓的任务。
二、层状节理岩体特性分析
层状节理岩体是指由平行层状岩石和节理交错组成的地质岩体。层状岩石和节理的组合，会明显影响岩体的物理学和力学性质。因此，在设计钻爆参数优化策略时，需要对岩体特性进行充分分析和认识。基于相关文献，本研究总结了以下层状节理岩体的特性。
1.层状节理岩体中层状岩石和节理的组合形式有很大的差异，导致岩体的物理力学性质表现不尽相同。
2.层状节理岩体的层状岩石需要考虑岩石类型、氧化程度、成熟度、斜度和稳定性等因素，以确定真实的物理特性和力学能力。
3.层状节理岩体存在层状结构的内部应力紧密联系，这会影响岩体内部的应力分布和力学性质。
4.层状节理岩体的节理结构和岩石强度密切相关，其破坏形式和特点需要在钻爆参数方案中充分考虑。
三、钻爆参数优化策略研究
1.数值模拟
在钻爆参数优化的研究中，数值模拟是一种广为应用的方法。本研究采用ANSYS软件基于有限元分析理论建立了层状节理岩体的模拟模型。通过模拟模型，分析了不同钻爆参数下爆炸时的岩体应力分布、应力集中、裂隙扩展以及岩体变形等方面的变化情况。
2.实地观测
基于实地观测分析，本研究在一座层状节理岩体隧道工地里进行了散装药爆破。观察了爆炸过程中的岩体裂纹扩展、爆破震动变化、振动速度和频率等因素，以参考不同钻爆参数方案的误差和优化空间。
四、实验验证
本研究在实验室、试验场以及工地现场进行了爆破试验验证。基于上述的数值模拟和实地观察，本研究得出了钻爆参数的优化策略，为爆破试验奠定了基础前提。采用预设优化方案，成功提高了爆破效率，降低了爆炸震动对周边地区的影响，同时也保障了安全性。
五、总结
本研究成功设计出一种基于爆炸钻掘技术的优化方案，对