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爆破荷载对蠕动边坡的累积效应及稳定性影响研究

作　者: 杨溢
导　师: 张宗华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 露天矿爆破振动累积效应边坡动力特性数值模拟
分类号: TU457
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国矿山建设的发展,在大型的露天矿山开采中,开采深度进一步加深,露天边坡高度增大,坡度变陡,边坡的稳定和安全直接关系到露天矿山开采的安全。生产爆破是日常生产活动,具有反复性,其爆破动荷载对边坡的作用也是具有反复性,日积月累对边坡岩体损伤产生累积作用。本文通过阅读大量的国内外文献,研究了岩质边坡动力问题研究的进展,并结合课题《小龙潭爆破振动降震研究》、《小龙潭爆破振动对边坡稳定性的影响》和《爆破震动对露天边坡与山体边坡复合体稳定性的影响研究》系统的研究了爆破振动对边坡岩体的动荷载的累积破坏效应。论文选用小波包分析理论及希尔伯特-黄(HHT)理论对所采集到的现场爆破振动信号进行分析,同时对这两种算法的实现过程进行了设计。利用MATLAB7.0对小波包理论和希尔伯特-黄变换(HHT)编写相关程序,对原始爆破振动信号进行分解重构,利用小波包理论着重分析了爆破振动信号中不同频带上能量的分布规律以及个频带能量随着传播距离及高程变化时的演化规律,得到IMF分量、瞬时能量、边际谱和能量谱。分析可知小龙潭布沼坝坑爆破震动的能量主要分布在信号的低频段,一般在20Hz以下,当随着爆心距增加高频信号能量将会损失,低频信号能量尤其是10Hz以下的低频信号成为能量的主体部分,这与边坡自振频率接近,容易对边坡的稳定性产生较大影响。论文结合国内外蠕动边坡的研究现状、研究趋势、蠕动边坡的类型及其变形、失稳空间预测,以小龙潭露天矿布沼坝蠕动边坡为研究对象,就生产爆破振动及其对布沼坝蠕动边坡的影响进行了系统分析和研究。论文以岩石动力学、断裂力学和损伤力学为理论基础,以SHPB系统为试验手段,研究边坡岩石在冲击准动态作用下的塑性损伤累积效应。论文选用了功能强大的FLAC3D的动力分析方法来研究爆破荷载对小龙潭矿务局布沼坝露天矿边坡稳定性影响,在边坡稳定性的数值计算中,首次在动载荷的计算中输入了三维爆破振动波并分析了其对边坡稳定性的影响,与输入一个方向的振动波相比更能与工程实践相符。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-23
  1.1 选题的背景和意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-20
    1.2.1 爆破荷载作用下岩石边坡的响应特征及控制措施研究  12-13
    1.2.2 爆破荷载作用下振动传播规律  13-15
    1.2.3 蠕动边坡研究现状  15-17
    1.2.4 爆破荷载作用下岩石边坡稳定性分析  17
    1.2.5 爆破荷载作用下岩石边坡安全阀值研究  17-19
    1.2.6 爆破荷载作用下岩石边坡数值模拟  19-20
  1.3 论文研究的主要内容  20-22
  1.4 论文研究的技术路线  22-23
第二章小龙潭布沼坝工程地质  23-40
  2.1 气候与区域地质构造  23-24
  2.2 布沼坝边坡  24-30
    2.2.1 边坡工程地质条件  24-29
    2.2.2 水文地质条件  29-30
  2.3 西帮边坡  30-38
    2.3.1 裂缝情况  30-32
    2.3.2 地表监测情况  32-35
    2.3.3 地下岩移监测情况  35-38
  2.4 西帮边坡岩体变形规律与破坏模式分析  38-39
  2.5 小结  39-40
第三章爆破振动测试及分析  40-83
  3.1 爆破振动测试的基本理论  40-42
    3.1.1 爆破振动测试的基本原理  40
    3.1.2 爆破振动测试系统的一般构成  40-42
  3.2 爆破振动信号现场测试  42-43
    3.2.1 爆破振动信号测试系统  42-43
    3.2.2 布沼坝测点的现场布置  43
  3.3 爆破振动信号分析算法的实现  43-47
    3.3.1 小波包分析算法的实现  43-45
    3.3.2 希尔伯特-黄(HHT)算法的实现  45-47
  3.4 爆破振动信号的小波及小波包分析  47-68
    3.4.1 爆破振动信号的选取  47-49
    3.4.2 爆破振动信号的小波分解及重构  49-60
    3.4.3 爆破振动信号频带能量分析的小波包分析  60-67
    3.4.4 爆破振动信号频带能量分析总结  67-68
  3.5 爆破振动信号能量特征的希尔伯特-黄(HHT)分析  68-72
    3.5.1 Hilbert变换的信号处理  68-71
    3.5.2 Hilbert变换总结  71-72
  3.6 爆破荷载下蠕动边坡岩体累积损伤破坏机理及分析  72-82
    3.6.1 爆破荷载作用下边坡岩体损伤破坏机理  72-80
    3.6.2 长期爆破荷载作用下蠕动边坡岩体累积损伤分析  80-82
  3.7 小结  82-83
第四章爆破振动对蠕动边坡的影响分析  83-97
  4.1 蠕动边坡变形、失稳空间预测  83-89
    4.1.1 边坡表面失稳区域预测  83-85
    4.1.2 剖面位移矢量法失稳区域预测  85-87
    4.1.3 地下岩移监测失稳深度预测  87-89
  4.2 爆破振动对布沼坝西北帮蠕动边坡的影响  89-95
    4.2.1 蠕动边坡变形特性  89-92
    4.2.2 布沼坝露天矿边坡稳定现状  92
    4.2.3 布沼坝西北帮边坡岩体变形规律  92-93
    4.2.4 布沼坝西北帮边坡爆破技术现状  93-94
    4.2.5 爆破振动对布沼坝西北帮蠕动边坡的影响  94-95
  4.3 小结  95-97
第五章爆破荷载下蠕动边坡的动力学特性  97-132
  5.1 边坡岩石在冲击作用下的塑性损伤规律研究  97-111
    5.1.1 SHPB实验技术基本原理  97-99
    5.1.2 超声波测损伤试验技术研究  99-103
    5.1.3 累计冲击损伤研究  103-104
    5.1.4 岩石试件累计冲击试验  104-111
  5.2 岩石中爆炸应力波的传播特征与衰减规律  111-112
  5.3 动载荷作用下节理力学特性  112-126
    5.3.1 节理作用下一般理学特性  112-122
    5.3.2 循环载荷下软弱夹层的剪切特性  122-124
    5.3.3 动载荷下节理的速率效应  124-126
  5.4 动载荷作用下岩石损伤进程  126-127
  5.5 爆破荷载作用于边坡机理  127
  5.6 爆破荷载作用下小龙潭布沼坝边坡动力反应特点  127-129
  5.7 爆破动载荷累积效应  129-131
  5.8 小结  131-132
第六章边坡稳定性数值模拟计算  132-157
  6.1 概述  132-133
  6.2 计算模型的建立  133-138
    6.2.1 模型的建立及边界条件的确定  133-134
    6.2.2 材料模型与参数的选取  134-138
  6.3 计算结果与分析  138-155
    6.3.1 开挖前的计算结果与分析  138-142
    6.3.3 开挖后的计算结果与分析  142-146
    6.3.4 动载荷下的计算结果与分析  146-155
  6.4 小结  155-157
第七章结论及展望  157-159
参考文献  159-166
致谢  166-167
附录  167

爆破荷载对蠕动边坡的累积效应及稳定性影响研究

内容摘要

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