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隨著交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的提出和實(shí)施，我國交通運(yùn)輸和交通基建行業(yè)迅猛發(fā)展，山區(qū)高速公路的建設(shè)對(duì)我國交通基建行業(yè)起到了積極地推動(dòng)作用。仁懷至遵義高速RZTJ-9標(biāo)段（簡稱：仁遵9標(biāo)）建設(shè)項(xiàng)目屬于成都至遵義國家高速公路，仁遵高速建設(shè)過程中會(huì)形成大量的高邊坡工程，邊坡爆破開挖的方式在該項(xiàng)目的邊坡工程施工中屬于十分常見的施工工藝。邊坡爆破開挖引起的邊坡巖體損傷失穩(wěn)問題是仁遵9標(biāo)實(shí)際工程項(xiàng)目中邊坡工程能否安全、高效施工的關(guān)鍵問題。因此，爆破開挖對(duì)邊坡巖體的損傷研究顯得十分迫切。巖質(zhì)邊坡的開挖通常采用爆破的形式，爆破開挖使得邊坡巖體被迅速破碎，剩余更多的爆破荷載對(duì)圍巖產(chǎn)生地震波和熱量形式的影響，導(dǎo)致周圍邊坡巖體發(fā)生損傷作用，形成一個(gè)影響區(qū)域，可稱爆破影響區(qū)域，最終形成爆破開挖損傷區(qū)。爆破損傷區(qū)的巖體強(qiáng)度已經(jīng)收到了爆破地震波的影響，在后續(xù)施工階段的開挖擾動(dòng)以及降雨產(chǎn)生的水壓力等不利因素作用下，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，爆破損傷區(qū)會(huì)不斷擴(kuò)展，嚴(yán)重影響施工安全。爆破損傷區(qū)內(nèi)部含有大量的微裂縫，這些裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，導(dǎo)致邊坡巖體的力學(xué)性能大幅降低，主要表現(xiàn)為邊坡巖體的力學(xué)參數(shù)大幅降低，比如：巖體的抗剪、抗壓強(qiáng)度參數(shù)、彈性模量參數(shù)以及縱波波速等。邊坡巖體參數(shù)的劣化導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性迅速降低，甚至?xí)斐蛇吰抡w滑塌失穩(wěn)破壞。隨著邊坡爆破開挖的進(jìn)程，開挖臺(tái)階往下進(jìn)行，邊坡坡度越來越陡，坡高越來越大，此使爆破開挖的風(fēng)險(xiǎn)也越來越大，則需要嚴(yán)格控制爆破開挖對(duì)高邊坡穩(wěn)定性造成的負(fù)面影響。因此，為了仁遵9標(biāo)高邊坡爆破開挖施工的順利進(jìn)行，必須合理控制邊坡爆破開挖的影響區(qū)域，對(duì)實(shí)際工程施工具有指導(dǎo)意義，同時(shí)還能防止高邊坡滑塌失穩(wěn)造成人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。行業(yè)曲線linkindustryappraisementDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2021.24.006可替代度影響力可實(shí)現(xiàn)度行業(yè)關(guān)聯(lián)度真實(shí)度邊坡爆破開挖形成的巖體損傷區(qū)對(duì)工程建設(shè)起到了十分嚴(yán)重的影響作用，如何量化這種影響目前是工程界和學(xué)術(shù)界的難點(diǎn)。只有對(duì)爆破開挖形成的損傷影響范圍進(jìn)行量化，才能精準(zhǔn)得到具體的爆破影響范圍，確保爆破影響范圍后才可以對(duì)預(yù)留巖體造成的影響進(jìn)行評(píng)估，是否滿足設(shè)計(jì)要求，最終才能確保邊坡的穩(wěn)定性和施工的安全性。因此，巖體損傷范圍的確定和計(jì)算是邊坡爆破工程中的主要問題，其研究具有實(shí)際工程意義。

一、工程概況仁

懷至遵義高速RZTJ-9標(biāo)段屬于成都至遵義國家高速公路，對(duì)國家和地方的交通建設(shè)有較大的指導(dǎo)作用，土建起訖樁號(hào)為K37+800-YK45+020、K37+800-ZK45+017.741，路線長7.22km。土建施工屬地位于貴州省遵義市紅花崗區(qū)，起點(diǎn)為56m段路基接青杠山2號(hào)橋隸屬黃鐘村，沿印把山大橋、黃鐘村大橋、松林互通、穿殷家寨設(shè)置殷家寨大橋，金鼎山服務(wù)區(qū)，終點(diǎn)隸屬蓮池村村設(shè)龍?zhí)翜洗髽蚪?7m段路基與10標(biāo)相連。仁遵9標(biāo)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)域?qū)儆谇治g低中山，相對(duì)高差100～530m，地形起伏較大，邊坡巖體較破碎，境內(nèi)發(fā)育河谷溪溝，對(duì)項(xiàng)目區(qū)的切割作用十分強(qiáng)烈，導(dǎo)致兩側(cè)邊坡坡度較陡，坡面巖體破碎，工程建設(shè)難度較大。

二、爆破振動(dòng)的巖質(zhì)邊坡開挖損傷預(yù)測

1經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測

邊坡爆破開挖后主要分為爆源近區(qū)、中區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)，不同的區(qū)域爆破設(shè)計(jì)方法也各有差異。在爆源近區(qū)，將爆破開挖后質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)峰值速度作為判斷指標(biāo)進(jìn)行爆破工程設(shè)計(jì)。在爆源中區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)，考慮爆破開挖后質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值的衰減規(guī)律，以及相對(duì)應(yīng)的邊坡巖體遭受的損傷深度指標(biāo)作為爆破設(shè)計(jì)依據(jù)。質(zhì)點(diǎn)的爆心距一定時(shí)，邊坡巖體損傷深度與質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度的函數(shù)關(guān)系可用下式表示：v=Cekd（1）式中，d為損傷深度（m）；Ｃ，k為擬合系數(shù)。根據(jù)邊坡爆破工程案例中爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)以及研究者們采用的數(shù)值模擬方法結(jié)果表明：爆破近區(qū)質(zhì)點(diǎn)的峰值振動(dòng)速度與爆破區(qū)的地形地貌、地層巖性、最大裝藥量、距爆源的距離等因素有關(guān)。目前，主要是采用特定的預(yù)測模型，結(jié)合大量實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析來建立質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度預(yù)測公式。目前工程界采用較多的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度預(yù)測公式如下：USBM公式：（2）薩式公式：（3）印度公式：（4）式中，Q為單次齊爆炸藥量；R為質(zhì)點(diǎn)到爆源中心的距離；K為擬合系數(shù)。以上公式的形式都是冪函數(shù)形式，無法直接進(jìn)行非線性回歸得到理論的解，但可以采用牛頓迭代法得到它們的數(shù)值解。因此，最好的方法還是采用非線性問題線性化，對(duì)上述公式兩側(cè)分別取對(duì)數(shù)，轉(zhuǎn)化為線性方程，從而簡化為線性問題進(jìn)行求解，得到公式中的回歸參數(shù)的值，最終得到爆破近區(qū)質(zhì)點(diǎn)的峰值振動(dòng)速度。在爆源中遠(yuǎn)區(qū)，將質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度衰減規(guī)律作為參考指標(biāo)的邊坡爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)公式和測試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到爆破地震波在爆源中、遠(yuǎn)區(qū)水平徑向的衰減規(guī)律，如下式所示：（5）根據(jù)式（5）可計(jì)算得到質(zhì)點(diǎn)在爆破作用后不同爆心距處的振動(dòng)速度，再根據(jù)式（1）對(duì)邊坡巖體爆破后的損傷范圍進(jìn)行預(yù)測計(jì)算。最終得到，邊坡巖體采用爆破開挖方式后巖體的損傷深度和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)峰值速度之間的關(guān)系為指數(shù)式關(guān)系。

2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，可以在輸入層與輸出層兩者之間實(shí)現(xiàn)任意的非線性映射，工程界已經(jīng)開始廣泛使用該方法來解決相關(guān)的實(shí)際工程問題。在邊坡爆破領(lǐng)域，基于爆破產(chǎn)生后形成的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法來識(shí)別具體的爆破沖擊荷載參數(shù)，為實(shí)際工程提供參數(shù)值參考。在爆破近區(qū)，質(zhì)點(diǎn)的爆破振動(dòng)速度峰值是研究的重中之重，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本方法，也可對(duì)該峰值速度進(jìn)行預(yù)測，且得到的預(yù)測值比采用傳統(tǒng)預(yù)測公式的得到的預(yù)測值更加精確。在邊坡爆破研究工作中，爆破塊度是一個(gè)十分重要的參數(shù)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以精準(zhǔn)預(yù)測爆破塊度。因此，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在邊坡爆破中的應(yīng)用十分廣泛，使用該方法來預(yù)測爆破開挖損傷深度是十分合理的手段。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法而建立起的邊坡爆破開挖損傷預(yù)測網(wǎng)絡(luò)模型中，將爆心距R、最大單段裝藥量Q、質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度v、高程差、巖體抗壓強(qiáng)度和巖體抗拉強(qiáng)度六個(gè)因子作為輸入層參量，最大損傷深度dmax和平均損傷深度?d兩個(gè)因子作為輸出層參量。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的邊坡爆破開挖損傷深度預(yù)測模型所描述的爆破過程和實(shí)際工程案例一致，邊坡爆破開挖對(duì)爆源近區(qū)的巖體直接爆碎，對(duì)爆源中、遠(yuǎn)區(qū)的巖體產(chǎn)生了動(dòng)力損傷，剩余的大部分爆破能量以地震波的形式在邊坡巖體中傳播，對(duì)剩余巖體產(chǎn)生不利影響。具體的裝藥工藝可得到最大單段藥量；在坡表不同位置設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)可測得質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度；對(duì)邊坡巖體進(jìn)行室內(nèi)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)可得到巖體的強(qiáng)度參數(shù)。為了得到最終的爆破開挖對(duì)邊坡巖體的損傷深度預(yù)測值d，必須將最大單段藥量Q、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度v和巖體強(qiáng)度參數(shù)等其他因子按規(guī)定分別輸入建立好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中。

三、巖體爆破損傷對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響1擾動(dòng)因子的影響

徐帥研究了擾動(dòng)因子DHB隨深度的變化規(guī)律，主要基于Hoek-Brown準(zhǔn)則原理。擾動(dòng)因子DHB的變化規(guī)律反映了邊坡巖體的爆破損傷程度，具體表示的是巖體損傷程度隨爆心距的變化，隨爆心距的增加而逐漸衰減的變化規(guī)律。仁遵9標(biāo)施工段的邊坡爆破工程中也引入該擾動(dòng)因子DHB的變化規(guī)律，并和不考慮爆破損傷弱化效應(yīng)假定下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，該方法可以探明邊坡巖體力學(xué)特性和邊坡整體穩(wěn)定性與擾動(dòng)因子DHB的關(guān)系，闡明擾動(dòng)因子的影響規(guī)律?？紤]邊坡巖體的損傷弱化，研究擾動(dòng)因子DHB對(duì)仁遵9標(biāo)邊坡爆破項(xiàng)目中巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的影響，研究結(jié)果為揭露仁遵9標(biāo)項(xiàng)目中邊坡爆破產(chǎn)生的損傷規(guī)律提供參考依據(jù)。在邊坡爆破中，爆源中、遠(yuǎn)區(qū)的巖體會(huì)被損傷劣化，其巖體強(qiáng)度參數(shù)的劣化規(guī)律十分重要，主要利用擾動(dòng)因子DHB的空間弱化規(guī)律以及Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則來探究其劣化規(guī)律，研究結(jié)果表明擾動(dòng)因子DHB不同的變化規(guī)律下巖體力學(xué)參數(shù)變化存在對(duì)應(yīng)的差異，表明仁遵9標(biāo)邊坡爆破施工中巖體的損傷存在弱化效應(yīng)。2基于強(qiáng)度折減法的邊坡穩(wěn)定性影響邊坡爆破作用下，除了炸藥對(duì)爆源近區(qū)產(chǎn)生的巖體破碎作用外，更多的是以爆破地震波的形式對(duì)爆源中、遠(yuǎn)區(qū)巖體產(chǎn)生類似于地震波的荷載。在各種不利因素下實(shí)際邊坡工程中隨著巖體的強(qiáng)度參數(shù)被不斷劣化，邊坡坡底的位移就不斷增大，該位移屬于水平塑性位移，無法自動(dòng)恢復(fù)的一種位移形式，對(duì)邊坡整體的穩(wěn)定性造成不利影響。研究表明，爆破振動(dòng)對(duì)軟弱邊坡的穩(wěn)定性影響更加顯著，因此在實(shí)際工程中爆破的強(qiáng)度也應(yīng)該考慮邊坡的巖體類型，對(duì)于穩(wěn)定性較差的軟弱巖層邊坡，應(yīng)該降低其爆破強(qiáng)度，防止邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)一步劣化，產(chǎn)生對(duì)施工不利的影響。爆破損傷是一個(gè)累積的過程，盡管爆破荷載只被施加一次，但是其產(chǎn)生的損傷累積作用十分不利，對(duì)邊坡穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生十分顯著的影響，在仁遵9標(biāo)實(shí)際邊坡爆破案例中，不僅僅要考慮爆破荷載的大小，還需要重點(diǎn)關(guān)注爆破累積損傷對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成的影響。

四、結(jié)語

本文依托仁懷至遵義高速第RZTJ-9合同段（貴州段）建設(shè)項(xiàng)目，主要探究該項(xiàng)目中的邊坡爆破工程。探究爆破振動(dòng)作用下巖質(zhì)邊坡開挖的損傷預(yù)測模型，主要分為經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型兩類。并引入了Hoek-Brown準(zhǔn)則中的擾動(dòng)因子DHB，擾動(dòng)因子DHB的變化規(guī)律反映了邊坡巖體的爆破損傷程度。通過對(duì)擾動(dòng)因子的分析，來反映爆破開挖對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性的影響。爆破損傷是一個(gè)累積的過程，在實(shí)際邊坡爆破案例中，不僅僅要考慮爆破荷載的大小，還需要重點(diǎn)關(guān)注爆破累積損傷對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成的影響。本文的研究為實(shí)際工程提供了較為準(zhǔn)確的參考價(jià)值，由于爆破開挖方式的使用十分廣泛，因此還有很多關(guān)于爆破損傷方面的內(nèi)容值得去深入探究。

作者:畢鵬飛 申寶穩(wěn) 單位:中交路橋建設(shè)有限公司