爆破作用下岩溶对边坡稳定性的数值模拟研究

摘要

露天矿山在爆破过程中势必会给边坡稳定性造成影响，特别是边坡处于岩溶发育区时更容易造成边坡失稳，为了研究在爆破作用下岩溶对边坡稳定性的影响，本文依托塘垭石灰岩矿山边坡工程，以该矿山+1014 m平台出露岩溶为研究对象，利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件进行数值模拟，考虑爆破振动效应影响，得到了围岩的应力分布，重点对比分析了有无溶洞条件下，爆破对边坡应力、爆破振速、边坡岩体损伤以及边坡有效应力产生影响的差异。研究结果表明：在台阶爆破时，由于溶洞的存在，使得台阶出现受力改变，出现多次应力集中现象，但台阶受力产生的应力值仅有7.6 MPa,仍无法达到破坏岩体的程度；不同空间位置的监测点，由于溶洞的存在，振动速度的差值变大，且垂直方向比水平方向的振动速度变化更大，尤其是空间位置靠近边坡坡面的监测点，对这种情况的反应更加明显，边坡坡面的监测点振动速度差值最大约1 cm/s,未超过安全允许振速；在爆破次数不断增加的过程中，岩体内部的损伤也在逐步加剧，且损伤在有溶洞的影响下更为明显，岩溶区半径越大，爆破次数越多，损伤就更为严重；对比前期开展的岩石单轴抗压强度实验得知，尽管溶洞的存在会造成应力值的改变和应力集中现象，但产生的有效应力峰值总体均远低于岩体的单轴抗压强度。针对爆破过程对边坡稳定性造成的影响，提出岩溶区边坡的支护处理措施，可为类似边坡爆破工程提供参考。

关键词

露天矿 / 爆破振速 / 岩溶 / 数值分析 / 边坡 / 稳定性

基金资助

国家自然科学基金（52174087）