爆破工程地質(zhì)

爆破工程地質(zhì)主講教師：左金庫(kù)聯(lián)系電話mail:zuo1965128@2023/1/151概述（1）爆破與巖石的關(guān)系土石方爆破的主要對(duì)象是巖石，因此，只有在充分了解巖石類別、熟悉巖石的主要物理力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，才能取得良好的爆破效果。（2）巖石分級(jí)的作用切實(shí)掌握巖石鉆孔、爆破的難易程度；作為工程投標(biāo)、承包單價(jià)、選擇施工方法、確定鉆孔爆破器材消耗和勞動(dòng)生產(chǎn)定額的依據(jù)；指導(dǎo)爆破設(shè)計(jì)與施工。2023/1/152（3）爆破工程地質(zhì)勘探的作用只了解和掌握巖石的性質(zhì)是不夠的，因?yàn)楸乒こ淌侵苯釉趲r體中進(jìn)行的，而由各類巖石組成的巖體在地質(zhì)歷史時(shí)期的各種內(nèi)外力作用下，留下了多種構(gòu)造形跡，因此，巖石的堅(jiān)硬程度和巖體的完整程度決定了巖體的基本性質(zhì)。長(zhǎng)期的爆破實(shí)踐表明，這些構(gòu)造形跡不僅對(duì)爆破效果有直接的影響，而且會(huì)對(duì)爆破安全和爆后工程巖體（如圍巖、基巖和邊坡等）的穩(wěn)定性帶來(lái)一定影響，因此，工程地質(zhì)勘探是爆破工程設(shè)計(jì)和施工的一個(gè)重要組成部分。2023/1/153巖石性質(zhì)及其分級(jí)1、巖石的定義巖石是一種或幾種礦物組成的天然集合體。（礦物：組成巖石的基本單元）（礦物：礦物是各種地質(zhì)作用形成的天然化合物或單質(zhì)，例如：金剛石、石英（sio2)、各種礦石中的礦物）2023/1/1542、巖石的分類巖石種類繁多，按其成因分為3大類巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖（1）巖漿巖：是由埋藏在地殼深處的巖漿上升冷凝或噴出地表形成的。侵入巖：直接在地下冷凝形成。按其所在地層深度可分為深成巖和淺成巖?；鹕綆r（噴出巖）：噴出地表形成。2023/1/155性質(zhì)：侵入巖多為整體塊狀；火山巖的整體性較差，常伴有氣孔和碎屑。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)晶顆粒越細(xì)，結(jié)構(gòu)越致密，則其強(qiáng)度越高、堅(jiān)固性越好。常見(jiàn)的巖漿巖：花崗巖、閃長(zhǎng)巖、輝綠巖、玄武巖、流紋巖等。2023/1/1562023/1/1572023/1/1582023/1/1592023/1/15102023/1/1511（2）沉積巖：是地表母巖經(jīng)風(fēng)化剝離或溶解后，再經(jīng)過(guò)搬運(yùn)和沉積，在常溫、常壓下固結(jié)形成的巖石。常見(jiàn)的沉積巖：石灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖、礫巖2023/1/15122023/1/15132023/1/15142023/1/15152023/1/1516（3）變質(zhì)巖：是由已形成的巖漿巖、沉積巖在高溫、高壓或其它因素作用下，其礦物成分和排列經(jīng)某種變質(zhì)作用而形成的巖石。性質(zhì)：一般來(lái)說(shuō)，變質(zhì)程度越高、礦物重新結(jié)晶越好，結(jié)構(gòu)越緊密，堅(jiān)固性越好。正變質(zhì)巖：由巖漿巖變質(zhì)形成的。如花崗片麻巖。副變質(zhì)巖：由沉積巖形成的。如大理巖、板巖、石英巖、千枚巖等?？杀裕簬r漿巖較差，沉積巖和變質(zhì)巖較好。2023/1/15172023/1/15182023/1/15192023/1/15202023/1/15212023/1/15222023/1/15233、巖石的主要物理性質(zhì)（1）密度ρ：巖石的顆粒質(zhì)量與其體積之比。一般常見(jiàn)巖石的密度為（2）容重γ：?jiǎn)挝惑w積巖石的質(zhì)量（包括孔隙及孔隙內(nèi)的水分）密度和容重與爆破的關(guān)系：密度和容重越大，巖石的強(qiáng)度和抵抗爆破作用的能力也就越高，破碎巖石和移動(dòng)巖石所消耗的能量也越多。所以，在實(shí)際工程中常用容重來(lái)估算標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破的單位用藥量，即2023/1/1524（3）孔隙率：巖石中孔隙體積（氣相、液相）與巖石總體積之比，也叫孔隙度。常見(jiàn)巖石的孔隙率：一般在0.1%~30%之間隨著孔隙率的增加，巖石中沖擊波和應(yīng)力波的傳播速度降低。（4）巖石波阻抗：巖石中縱波波速與巖石密度的乘積，即巖石的波阻抗與炸藥爆炸后傳遞給巖石的總能量及這一能量傳遞給巖石的效率有直接的關(guān)系。通常認(rèn)為炸藥的波阻抗與巖石的波阻抗越接近，則爆破效果越好。2023/1/1525（5）巖石的風(fēng)化程度指巖石在地質(zhì)內(nèi)力和外力的作用下發(fā)生破壞疏松的程度。一般來(lái)說(shuō)，巖石的風(fēng)化程度越大，那么，巖石的孔隙率和變形性就越大，其強(qiáng)度和彈性性能就越低。巖石風(fēng)化程度的分類：根據(jù)GB50218-1994《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》分為5類：未風(fēng)化、微風(fēng)化、弱風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化。

2023/1/15264、巖石的主要力學(xué)性質(zhì)巖石的極限強(qiáng)度：巖石在外力作用下將發(fā)生變形，當(dāng)外力增大到某一數(shù)值時(shí)，巖石便開(kāi)始破壞，巖石開(kāi)始破壞時(shí)的強(qiáng)度稱為巖石的極限強(qiáng)度。巖石極限強(qiáng)度的分類：按照受力方式的不同抗拉極限強(qiáng)度巖石極限強(qiáng)度抗剪極限強(qiáng)度抗壓極限強(qiáng)度2023/1/1527與爆破有關(guān)的主要巖石力學(xué)性質(zhì)：（1）巖石的變形特征彈性：巖石受力后發(fā)生變形，當(dāng)外力解除后恢復(fù)原狀的性能。塑性：當(dāng)巖石所受外力解除后，巖石沒(méi)能恢復(fù)原狀而留有一定的殘余變形的性能。脆性：巖石在外力作用下，不經(jīng)顯著的殘余變形就發(fā)生破壞的性能。一般認(rèn)為：巖石是脆性的。2023/1/1528（2）巖石的強(qiáng)度特征巖石強(qiáng)度：是指巖石在受外力作用發(fā)生破壞前所能承受的最大應(yīng)力。它是衡量巖石力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。有如下幾種強(qiáng)度：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度：巖石試件在單軸壓力下發(fā)生破壞時(shí)的極限強(qiáng)度。單軸抗拉強(qiáng)度：巖石試件在單軸拉力下發(fā)生破壞時(shí)的極限強(qiáng)度?？辜魪?qiáng)度：巖石抵抗剪切破壞的最大能力。2023/1/1529抗剪強(qiáng)度的計(jì)算公式式中：巖石的抗剪強(qiáng)度；對(duì)試件施加的壓應(yīng)力；巖石的內(nèi)摩擦角；巖石的內(nèi)聚力。試驗(yàn)表明：巖石具有較高的抗壓強(qiáng)度、較低的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。一般抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小90％~98%，抗剪強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小87％~92%。2023/1/1530（3）彈性模量E

巖石在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的比值（4）泊松比巖石試件單向受壓時(shí)，橫向應(yīng)變與豎向應(yīng)變之比5、巖石的動(dòng)力學(xué)特性靜荷載：與時(shí)間無(wú)關(guān)荷載動(dòng)荷載：與時(shí)間有關(guān)巖石在靜荷載作用下與在動(dòng)荷載作用下的性質(zhì)是不同的，它的動(dòng)力學(xué)強(qiáng)度比靜力學(xué)強(qiáng)度會(huì)增大很多。2023/1/1531巖石在沖擊鑿巖或炸藥爆炸作用下，承受的是一種持續(xù)時(shí)間極短、加載速率極高的典型動(dòng)態(tài)荷載。爆炸沖擊動(dòng)荷載的特點(diǎn)：

1）沖擊荷載作用下形成的應(yīng)力場(chǎng)（應(yīng)力分布及大?。┡c巖石性質(zhì)有關(guān)，而靜載與巖石性質(zhì)無(wú)關(guān)；2）沖擊加載是瞬時(shí)性的，一般為ms級(jí)；靜載不是瞬時(shí)性的，一般為s級(jí)，并且通常都會(huì)超過(guò)10s。2023/1/1532

因此，靜力加載時(shí)應(yīng)力可分布到較深、較大范圍，變形和裂紋的發(fā)展也較充分；爆炸荷載以波的形式傳播，加載過(guò)程非常短暫，瞬間即逝。

3）爆炸荷載在傳播過(guò)程中，具有明顯的波動(dòng)特性，而靜載沒(méi)有波動(dòng)特性。因此，巖石的動(dòng)載變形特征同靜載變形有本質(zhì)的區(qū)別。對(duì)同一種巖石來(lái)說(shuō)，動(dòng)載強(qiáng)度比靜載強(qiáng)度高。雖然動(dòng)載強(qiáng)度大幅度提高，但在實(shí)際爆破過(guò)程中，巖石動(dòng)力特性的影響要低于巖體結(jié)構(gòu)面的影響。2023/1/15336、巖石分級(jí)巖石分級(jí)的目的1）根據(jù)不同的巖石對(duì)象合理選擇鉆孔方法、設(shè)備、工藝，以及取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。2）為了能正確選取爆破參數(shù)，提高爆破效果，并為爆破優(yōu)化提供技術(shù)依據(jù)。3）為編制勞動(dòng)生產(chǎn)定額和材料消耗，加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)管理提供科學(xué)依據(jù)。2023/1/1534（1）土壤及巖石分類表5-11是《全國(guó)統(tǒng)一建筑工程基礎(chǔ)定額》中的分類法，我國(guó)土木建筑、市政工程普遍采用這種方法，爆破工程中也大多采用這種分類方法。（2）巖石可鉆性分級(jí)巖石的可鉆性：是表示鉆鑿炮孔難易程度的一種巖石堅(jiān)固性指標(biāo)。目前多數(shù)還是采用普氏系數(shù)分級(jí)法。2023/1/1535（3）巖石可爆性分級(jí)巖石可爆性：表示巖石在炸藥爆炸作用下發(fā)生破碎的難易程度，它是動(dòng)載作用下巖石物理力學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。目前用得較多的3種巖石可爆性分級(jí)法見(jiàn)表5-12、表5-13、表5-14。2023/1/1536地質(zhì)條件對(duì)爆破的影響大量的工程實(shí)踐表明：爆破除了與巖石性質(zhì)有關(guān)外，還與地形、地質(zhì)條件有關(guān)，有時(shí)甚至是爆破成敗的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)面1、結(jié)構(gòu)面對(duì)爆破的影響結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)面巖體結(jié)構(gòu)體2023/1/1537結(jié)構(gòu)面：是指巖體中存在的各類斷層面、節(jié)理面、裂隙面、層理、不整合面、接觸面等地質(zhì)界面。結(jié)構(gòu)體：是指由這些地質(zhì)界面切割的形狀不一、大小不等的各種各樣的地質(zhì)塊體。結(jié)構(gòu)面的數(shù)量、分布、產(chǎn)狀及其力學(xué)性能，對(duì)巖石的變形和破壞具有重大的影響。對(duì)于爆破來(lái)說(shuō)，爆破應(yīng)力波在巖體中遇到結(jié)構(gòu)面將產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。2023/1/1538(1)結(jié)構(gòu)面成因類型形成原因：巖石在成巖過(guò)程中，尤其是在形成以后的地質(zhì)歷史中，長(zhǎng)期經(jīng)受地殼的內(nèi)力和外力地質(zhì)作用，使巖石發(fā)生變形、斷裂以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，因此在巖石中形成各種結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面分類：原生的結(jié)構(gòu)面構(gòu)造形成的次生的2023/1/1539單從強(qiáng)度的觀點(diǎn)來(lái)看，結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度都比相鄰的巖石強(qiáng)度小。從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)看，不僅有強(qiáng)度問(wèn)題，還有波的傳播問(wèn)題。波在傳播過(guò)程中遇到結(jié)構(gòu)面將發(fā)生反射、折射以及波型轉(zhuǎn)換。軟弱面：不夾一定厚度軟弱物質(zhì)的地質(zhì)界面。如：裂隙面、層理面、劈理面等。在工程上，可忽略對(duì)波傳播的影響。軟弱帶：夾有一定厚度軟弱物質(zhì)的地質(zhì)界面。如：斷層破碎帶、軟弱夾層、噴出巖的間歇層等此時(shí)，不能忽略對(duì)波傳播的影響。2023/1/1540（2）結(jié)構(gòu)面對(duì)爆破效果的影響1）應(yīng)力集中作用2）應(yīng)力波的反射增強(qiáng)作用3）能量吸收作用4）泄能作用5）楔入作用6）改變破裂線作用注意：通過(guò)6種作用的分析，要求在設(shè)計(jì)布置藥包和選擇爆破參數(shù)時(shí)，應(yīng)該充分考慮利用結(jié)構(gòu)面的有利作用，避開(kāi)其不利作用。2023/1/1541（3）結(jié)構(gòu)面對(duì)爆破巖塊破裂特征和塊度的影響巖體強(qiáng)度決定于巖石強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度，在更多的情況下，主要決定于結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度。所以，巖塊的破裂面大多數(shù)是沿巖體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)面形成的。爆后巖塊特征的統(tǒng)計(jì)表明，凡是沿結(jié)構(gòu)面形成的爆塊表面，均呈風(fēng)化狀態(tài)；凡是由巖石斷裂形成的巖塊表面，均呈新鮮狀態(tài)。某一工程的統(tǒng)計(jì)表明，沿結(jié)構(gòu)面破壞的巖塊數(shù)占79%~90%，而使巖石破壞的新鮮面數(shù)巖塊僅占10%~21%。2023/1/1542研究表明，結(jié)構(gòu)面的分布不僅對(duì)巖塊的破裂特征有影響，而且對(duì)巖塊的分布規(guī)律也有影響。因此，要想得到準(zhǔn)確的爆破塊度預(yù)報(bào)，需要進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)勘查，重點(diǎn)進(jìn)行節(jié)理裂隙的統(tǒng)計(jì)分析。2、地形對(duì)爆破的影響地形條件是影響爆破效果和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。地形條件：是指爆破區(qū)的地面坡度起伏狀況、臨空面的形狀和數(shù)目、山體高低、沖溝分布等地形特征。2023/1/1543爆破設(shè)計(jì)中必須考慮爆區(qū)的地形條件。充分利用地形條件，可以節(jié)省爆破成本，有效地控制爆破拋擲方向，否則容易造成爆破事故臨空面的作用：臨空面的數(shù)目越多，爆破越容易，單位炸藥消耗量越低。松動(dòng)爆破和加強(qiáng)松動(dòng)爆破：主要是將巖體炸成一定塊度的松散體，以便于裝運(yùn)。炸藥單耗通常為。平坦地形的揚(yáng)棄爆破：炸藥單耗通常為

。

2023/1/1544斜坡地面拋擲爆破：拋擲百分率與地形條件有關(guān)，地形坡度越陡，拋擲率越高，最大可達(dá)70%~80%左右。定向爆破：對(duì)地形條件要求最高，因?yàn)樗蟊茙r塊拋擲或滑移到一定的方位，并且要堆積成一定的形狀。面定向定向形式線定向點(diǎn)定向2023/1/1545深孔爆破和條形藥包爆破：第一排藥包的布置和裝藥結(jié)構(gòu)必須根據(jù)地形的變化進(jìn)行調(diào)整2023/1/15463、特殊地質(zhì)條件對(duì)爆破的影響（1）溶洞對(duì)爆破的影響改變拋擲方向，容易造成事故w1w2溶洞山體藥包2023/1/15472023/1/1548減小爆破拋擲方量w1w2溶洞山體藥包2023/1/1549降低溶洞對(duì)爆破效果影響的措施

1）在可能的條件下，利用溶洞作為導(dǎo)硐藥室

2）將藥包附近的溶洞用土石方填塞

3）調(diào)整藥包位置，使藥包中心至溶洞的距離大于最小抵抗線的長(zhǎng)度

4）如果溶洞與線路方向接近垂直時(shí)，可在溶洞兩側(cè)布置兩個(gè)同時(shí)起爆的藥包；如果溶洞容積不大，可以不進(jìn)行堵塞。2023/1/1550溶洞w1藥包w1藥包2023/1/15515）在巖溶發(fā)育地區(qū)，不宜采用定向拋擲大爆破，而應(yīng)該采用松動(dòng)爆破。6）在某些情況下，可以利用炸藥處理空洞。即在洞中裝入適量炸藥，與鄰近藥包同時(shí)爆破，使洞中瞬間充滿一定的爆炸氣體壓力，以平衡其附近藥包爆炸作用的影響。7）采取施工安全技術(shù)措施，爆破時(shí)加強(qiáng)安全警戒工作。2023/1/1552（2）地下水對(duì)爆破的影響對(duì)硐室爆破的影響：地下水直接影響著導(dǎo)硐和藥室的開(kāi)挖、裝藥和堵塞等工作。在地下水發(fā)育地區(qū)，應(yīng)該采用防水炸藥，或采取有效的排水措施。對(duì)鉆孔爆破的影響：主要是影響鉆孔、裝藥和堵塞等作業(yè)。鉆孔：當(dāng)鉆孔到達(dá)地下水位以下，孔內(nèi)滲水以后，使得巖屑不易吹出孔外，容易發(fā)生卡鉆。2023/1/1553

裝藥：孔內(nèi)有水，會(huì)使藥卷不易沉入孔底，時(shí)會(huì)因?yàn)樗幘砻摴?jié)不連續(xù)而發(fā)生不殉爆，影響爆破效果，留下安全隱患。堵塞：若孔內(nèi)滿水時(shí)，使得堵塞不密實(shí)，常會(huì)發(fā)生沖炮，影響爆破效果。因此，爆破施工中，必須及時(shí)排水，并采取有效的裝藥和堵塞措施，以降低水對(duì)爆破效果的影響。2023/1/1554（3）斷層對(duì)爆破效果的影響

1）改變爆破設(shè)計(jì)線，降低爆破方量

2）容易造成爆破事故2023/1/15552023/1/1556FR1R2藥包2023/1/1557爆破對(duì)工程地質(zhì)條件的影響1、爆破對(duì)保留巖體的影響很多工程要求對(duì)保留的巖體進(jìn)行保護(hù)，但爆破時(shí)不可避免地會(huì)對(duì)保留巖體有一定的影響目前所采取的保護(hù)措施有：預(yù)裂爆破光面爆破預(yù)留保護(hù)層硐室加預(yù)裂爆破2023/1/15582、爆破對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響（1）爆破對(duì)自然邊坡穩(wěn)定性的影響爆破對(duì)自然邊坡穩(wěn)定性的影響，取決于兩個(gè)方面：一是爆破振動(dòng)強(qiáng)度；二是坡體自身的地質(zhì)條件。從統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，邊坡角在