[发明专利]一种基于模型试验的隧道爆破土岩地层振动规律测试方法

说明书

本发明提供了一种基于模型试验的隧道爆破土岩地层振动规律测试方法，该分析方法包括以下步骤：获取爆破场地土岩地层地质剖面，确定岩土层尺寸和物理力学参数，并确定土岩地层物理模型的几何相似比、强度相似比、时间相似比与密度相似比；进而，确定爆源、土岩相似材料与配比，设置隧道爆破专用模型箱；然后，在模型箱中装配相似材料，并设置炮孔位置，埋置振动传感器；在炮孔中装药并点火，通过动态信号测试系统收集爆破振动信号；最终获取隧道爆破土岩地层振动规律。本发明通过构建土岩地层爆破振动模型试验无需考虑场地特征、测试仪器等要素，能够灵活、简便地布置爆破振动测试仪器，获得整个爆破场地的振动数据，具有更高的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及隧道爆破技术领域，具体来说，涉及一种基于模型试验的隧道爆破土岩地层振动规律测试方法。

背景技术

随着城市化进程的加快以及人民生活空间日益狭小的现状，对地下空间的开发利用越来越多。隧道作为地下工程的重要结构形式，常见于城市地铁、地下综合管廊、引水涵洞等基础设施。钻爆法因其具有成本低、施工简易等特点常用于隧道开挖工程，但同时此方法也会带来爆破振动等有害效应，这种振动效应会影响地表结构的稳定性，因此需要控制爆破振动大小，削弱有害效应。爆破振动常用爆破振速、频率等进行描述，其大小与爆源条件、场地特征相关，尤其是场地地质条件影响爆破振动传播特征。城区通常表现为上土下岩的地层分布特征，这种特殊的地层结构导致地表爆破振动规律的不确定性，且只通过地表振动数据难以得到准确的爆破振动规律。因此获取岩土层爆破振动数据，探究考虑土岩地层特点的爆破振动规律是必要的。

目前工程实践中主要通过两种方法获得土岩地层振动规律，一是进行现场原位测试，通过在爆破场地钻孔将振动传感器安放于测试点位，获取工程现场的爆破振动数据，由于此类方法要求定制可延伸传感器，测试成本较高，不利于推广应用，同时现场地质条件复杂，难以建立爆破振动数据与现场条件的关联性；二是进行预设场地的现场测试，通过在岩层上铺设土层构建土岩地层结构，在铺设过程中埋置振动传感器获取振动数据，此类方法尽管控制了场地地质条件，但场地构建成本过高，测试场地的选择也具有较大的困难性。由于以上方法中存在测试难度大、成本高、适用性低等缺陷，需要提出一种新型隧道爆破土岩地层振动规律测试方法，用于克服已有方法中的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明基于等效爆破荷载理论，将隧道多孔爆破荷载简化为单一爆破荷载，加载于隧道壁面上，采用模型试验来模拟隧道爆破施工，通过测试仪器得到振动数据用于分析穿隧道爆破土岩地层振动规律，提出一种基于模型试验的隧道爆破土岩地层振动规律测试方法，该隧道爆破土岩地层振动规律测试方法包括以下步骤：

S1，获取爆破场地土岩地层地质剖面及爆源位置，确定岩土层尺寸、土岩地层分布特征、岩体物理力学参数和土体物理力学参数，考虑试验场地、成本与可操作性，确定土岩地层物理模型的基本相似比，根据所述岩土层尺寸和上述基本相似比，得到土岩地层物理模型；所述基本相似比包括几何相似比、强度相似比、时间相似比和密度相似比；

S2，根据所述基础相似比确定相似参数，结合土岩地层物理模型进行多次试验，得到最优的相似参数配比，进而确定爆源、土岩相似材料与其质量配比，设置隧道爆破专用模型箱；

S3，在该隧道爆破专用模型箱中装配土岩相似材料，并设置炮孔位置，埋置振动传感器；

S4，在炮孔中装药并点火，通过动态信号测试系统收集爆破振动信号；

S5，获取隧道爆破土岩地层振动规律。

进一步地，步骤S1中，还包括获取实际爆破药量、炸药参数以及爆破空间位置。

所述岩土层物理力学参数应当通过现场取样，进行室内试验获取，岩体物理力学参数包括密度、弹性模量、泊松比、抗压强度，土体物理力学参数包括密度、剪切模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角、含水率。

进一步地，步骤S2中，所述土岩相似材料与配比应当包括以下步骤：