爆破工程地质

1第五章爆破工程地质 _第一节概述一、 土岩爆破与地质的关系爆破效果常受地质制约爆破安全会受地质因素影响爆破后果与地质构造有密切关系二、 与爆破有关的地质条件地形地貌岩体性质地质构造水文地质特殊地质第二节爆破地质基本知识一、岩石种类及其工程性质（一）岩石按成因分三大类：火成岩（岩浆岩）（1）成因（2）特点（3）常见岩石沉积岩（1）成因（2）特点（3）常见岩石变质岩（1）成因（2）特点（3）常见岩石二）岩石的物理力学性质及工程分级物理性质（1）容重（密度）（2） 空（孔）隙性（3） 波阻抗（特性阻抗）（4） 风化程度力学性质（1）衡量岩石强度的力学指标及特性主要力学指标抗压强度。=二cA抗拉强度b=匚tA抗剪强度t二atg屮+Cc岩石的强度特征各项力学指标比较：bc（压）：Tc（剪）：bt（拉）=100:8.3~12.5:2~10即b>>T>bcct结论：岩石易受拉破坏，并以脆性破坏为主。2）岩石在静力（恒载）作用下的变形特征

50A—加力初始压密区AB—弹性形变区（可逆）5BC—弹塑性变形区（部分可逆）CD—屈服区（完全不可逆）D—强度极限点DE—破坏区E以后为剩余强度区（3）岩石的动力学性质i. 冲击荷载作用下的变形曲线OA—初始弹性变形区AB—弹塑性变形区BC—流体变形区C以后为冲击波传播区。冲击波传播速度D=a+buu—质点运动速度a,b—常数ii.岩石的动态特征：冲击荷载下，岩石内部产生应力场，应力场的强弱与岩石性质有关岩石内部产生质点运动，即产生振动作用3)产生的应力、应变和位移，是以波动形式向外传播，并随时间变化－随时间、距离而衰减(4)岩石的动、静力学性质比较动力及静力的概念静力－恒载，力恒定，作用时间长动力－冲击荷载，作用时间极短，小于1/10000秒ii.静力强度对固定介质是恒定的动力强度则随应变率(冲击频率)增大而增强动力强度＞＞静力强度岩石在爆炸冲击作用下状况i.爆炸在岩体内的表现1)冲击－动力作用2)爆生气体－膨胀压力－准静态作用ii.爆炸作用破坏分区1)压碎(密)区2)破裂区地震区

岩石的工程分级（1） 工程分级的意义：以便合理选定不同岩石的不同破碎开挖方法、爆破技术参数和生产管理定额指标（2） 岩石的坚固系数f值f旦 P—岩石的极限抗压强度100f值是岩石工程分级的常用指标（3） 岩石工程分级方法常用普氏分级法（P241表5-11）二、地质构造（一） 岩体结构：研究地壳岩体结构（结构体、结构面）的科学就是地质构造学。（二） 岩体结构面种类水平岩肚倾斜岩层袍缈岩层水平岩肚倾斜岩层袍缈岩层1.层理2.褶皱（折曲）3.断层4.节理、裂隙5.片理、劈理6.不同岩层接触面

地质结构面产状要素及表示法产状三要素走向一结构面与水平面交线的方向(有两个方向)倾向一结构面下倾的方向(仅一个方向，且与走向垂直),在水平面上的投影方向倾角一结构面与水平面夹角的角度表示法方位角表示法由北N顺时针转的角度叫方位角(00-360。)如120如120Z45o倾向) (倾角)(2)倾向) (倾角)(2)象限角表示法走向=倾向土90全方位分为北东(NE)、北西(NW)、南东(SE)、南西(SW)四个象限角如N30oE/45oSE(走向)(倾角)(倾向)

（3）象限角与方位角互换法a.象限角换成方位角Z60o如S45o（3）象限角与方位角互换法a.象限角换成方位角Z60o如S45oW（或N45oE）/60。S135oZ60ob.方位角换成象限角Z50o如300oZ50o>N30oE（或S30如300oZ50o第三节爆破作用与地质条件的相互关系一、地质对爆破的影响A.对大爆破（集中药包）的影响（一）地形的影响作用地形决定了药包的最小抵抗线W的大小和方向。（1） W—药包中心与临空面的最短距离，且指向外（方向）。W地形图/剖面图W地形图/剖面图其作图方法：先在地形图上做垂直地形等高线的剖面，在剖面上确定药包位置。由药包中心作垂直临空面的线并标上箭头方向。后排药包以前排药包的破裂面为临空面。不同地形的W方向。①平地向上，抛散②斜坡向一侧③窪地向上，受夹制④山包向上，四面开花⑤凸山坡向山下抛散⑥凹山坡向山下集中抛掷①平地向上，抛散②斜坡向一侧③窪地向上，受夹制④山包向上，四面开花⑤凸山坡向山下抛散⑥凹山坡向山下集中抛掷地形影响爆破方量假设爆破参数W、地形影响爆破方量假设爆破参数W、n、K、Q、R及岩体都相同，在平地、鼓包、窪地三种地形爆破，比较爆破方量V平地设取n=1.0，贝lj：r=W,a=90。可求得V=—W3沁W3i3鼓包设上为球体，下为锥体贝UV沁2.5W32(3)窪地设地形与鼓包相反0.4W3比较::V=W3: 2.5W3(3)窪地设地形与鼓包相反0.4W3比较::V=W3: 2.5W3:30.4W3=2.5:6.25：1.0结论:(1)2地形影响方量可达6倍,甚至更多。(2)凹地产生夹制作用一一爆破作用受到制约，减弱破岩而增大地震的效应。凸地产生增效作用一一多面临空地形能增大破岩方量3.的效应。3.其他影响：爆破漏斗大小及形态，爆堆远近和形状，地面破裂范围和裂缝方向，地震波传播衰减或反射增强作用等等。因而布药位置及选定参数都应予考虑。定向爆破对地形的特殊要求:(1)山体高度(2)山体厚度(3)山坡坡度(4)微凹而无冲沟的40。(1)山体高度(2)山体厚度(3)山坡坡度(4)微凹而无冲沟的40。~50。山坡。(5)厚实而无沟谷及溶洞的山体，控制爆破体不逸出。改造地形(1)平地挖渠筑堤，布辅W先响为主包W开创抛掷临空面。12厂堆积M/ \弋/从 'ClX ~~斜坡定向爆破用辅助药包W，开创出微凹的临空面。付使主药包W都指向定向中心集中抛掷。主定向中心岩性与爆破的关系：均质岩体：(1)定单耗(2)参数及安全计算。非均质岩体：影响爆破效果、安全及工程质量。地质结构面对爆破的影响1.五种影响作用:

（1） 应力集中作用（陡崖与拐角处）（2） 应力波反射增强作用（临空面、介面处）（3） 能量吸收作用（软弱层处）（4） 泄能作用（通向临空面的结构面）（5） 楔入作用（与药包辐射方向一致的裂隙）。断层对爆破的影响：设断层F、药包中心0,最小抵抗线W。它们的关系及影响作用有:（1）F//W时 近大远小其影响F〉F〉F1 2 3F危险：冲炮，不安全，效果差。1补救措施：①避开②改用分集药包（2） F丄W影响也是近大远小F〉F12（3） F斜交W视交角与远近交角小及近者影响大，反之影响小。层理的影响作用(1).层理与断层比较相同处：产状与W方向的关系不同处:i)断层一单体，层理一群体，故后者无远近问题；ii)岩层厚薄也影响爆破作用。(2).层理产状与W关系的影响作用比较关系影响①平行②垂直③斜交爆破方向不变不变改变爆破方量减小增大可能增，可能减抛掷距离变远变近或变远，或变近爆破范围范围缩小，出现范围增大，产生形成簸箕形漏斗，及欠爆，漏斗成方超爆，破坏开挖可能超爆，也可能漏斗形状形坑边坡欠爆。安全性不安全，易冲炮较安全，但影响开挖边界质量介前二者之间，与交角大小有关。图示如下:(1)平行(2)(1)平行(2)垂直(3)斜交.成层岩体爆后边坡稳定问题(后果)岩1 /层与边坡倾込向相a同ULi*层_e与边岩1 /层与边坡倾込向相a同ULi*层_e与边坡倾向相*反1霸t为g岩层倾角卜J-边坡走向岩层走向与边坡走向交角aI区：倾向相同疳11边坡走向不利范围X02=50°B1=15°II区：倾向相反不利范围a=20°岩层产状与大爆破边破稳定关系的不利区域褶曲(绉)的影响作用.受褶曲作用使岩体破碎。岩层产状与大爆破边破稳定关系的不利区域褶曲(绉)的影响作用.受褶曲作用使岩体破碎。.布药位置：①W1在向斜处，岩层开放性好，易冲炮，跑气;②W2在背斜处，封闭性好，易超爆和伤害边界。5.节理、裂隙的影响作用5.节理、裂隙的影响作用与节理组数及其组合形式、发育频率、产状、张开度等有关，也与布药位置有关。上图，布在X型相交两组节理的钝角处W1爆后范围扩大，方量增大，布在锐角处的W2则相反。6．软弱夹层的影响作用。单个和较大的夹层其影响与断层类同。薄且多的及与层理一致的夹层则类似层理的影响。（四）特殊地质的影响作用。1．岩溶对爆破的影响。右图是铁路一工程实例。影响作用有：

（1）改变破坏范围、方向、方量，与设计相差甚远（大溶洞）。（2）引起冲炮（溶蚀沟缝）。（3）降低爆破威力，影响效果。（4）爆破块度不均，易出大块。（5）施工时产生塌方或涌水，造成危险。（6）影响开挖工程质量，如边坡不稳，水工基底渗漏。2．滑坡、岩堆的影响作用。影响大，要做到大的避开，小的一起炸掉。3．水文（地下、地表水）地质的影响。水－不可压缩体，增强爆炸应力波作用，害多益少。害－1）给施工带来困难和麻烦；2）爆破器材需防水；3）扩大爆破破坏和地震增强作用。用－利用不压缩特点作水压爆破、水机能爆破、软土及水下排淤爆破。B对钻孔（延长药包）的影响。钻孔爆破应考虑地质条件的几个问题）一）注意钻孔方向与地形临空面爆锻漏斗爆炸力向两侧的关系。爆锻漏斗爆炸力向两侧1．钻孔垂直临空面时，夹制作用大。要布群孔，地下开挖要先掏槽。（右图）

爆破作用向肴临交钻孔平行临空面。效爆破作用向肴临交果好。故宜用台阶爆破。掏槽目的也是为开创侧向临空面。岩层面与台阶面垂直时。这时层理面通向临空面，所以w和b要大些，而a值，对直立岩层a要小（下左图），水平岩层a则宜取大值（下右图）。（三）超钻h应考虑岩性和岩层产状。1．岩性：硬岩多超，软岩少或不超。2．产状：区别对待，如下图：1） 水平岩层：可少超或不超（层理密贴）或略欠超（层面夹泥）。2） 外倾岩层：不超或欠超。3） 内倾岩层：多超或补底眼。四）装药结构要考虑岩性非均一性和岩层产状。1．软硬不均岩体－要布药于硬岩处2．水平岩层－要均匀布药或用间隔装药结构。右图是西延线一工程实例。在石灰岩水平岩层中用孔底集中装药，上部堵塞段过长，造成上部岩体没炸开。五）深孔光面、预裂爆破的成败与地质有密切关系。1．与岩性的关系

1） 坚硬完整岩体易成功，效果好。2） 软弱及破碎岩体成功率低，效果差。2.与地质构造的关系1） 不理想的构造面不利于光面、预裂爆破。2） X型节理容易形成锯齿形边坡。（下图）破裂线二、爆破可能引起的工程地质问题。边坡危岩落石（在硬岩、高陡坡、地应力大处）。边坡坍塌与滑坡（在岩溶、软岩、夹层、构造破碎、岩层倾向开挖面处）。基底渗漏（在不利构造与破碎岩中），是水利工程重要问题。第四节爆破工程地质勘查大的工程应详细勘查。勘测内容：1/200-2000地形平面图和地质剖面图。重要地物分布环境图。地层界限划分图。地质构造：岩层产状、层厚、断