趙蕊　李雅詩　王建新　彭琦　唐超華　朱建波

摘 要：利用顯式動力有限元軟件AUTODYN研究了減振孔對巖石地下洞室爆破產(chǎn)生的爆炸應(yīng)力波傳播與衰減以及對地表和鄰近地下洞室動態(tài)響應(yīng)的影響與規(guī)律。通過與爆破模型試驗結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了AUTODYN模擬地下洞室爆炸過程和應(yīng)力波傳播的有效性和準(zhǔn)確性。通過數(shù)值模擬分析了不同減振孔參數(shù)對鄰近洞室和地表的質(zhì)點峰值振動速度（PPV）和減振孔屏障前后測點的隔振率的影響，揭示了減振孔參數(shù)變化對減振效果的影響規(guī)律。數(shù)值模擬結(jié)果表明：減振孔直徑、孔間距、孔距爆源距離及孔排數(shù)均會對鄰近地下洞室和地表的PPV及減振孔屏障前后測點的隔振率產(chǎn)生影響。隨著減振孔直徑、減振孔排數(shù)的增大，或者減振孔間距、減振孔距爆源距離的減小，鄰近地下洞室和地表測點的PPV呈現(xiàn)減小趨勢，減振孔屏障前后測點的隔振率呈現(xiàn)顯著增大趨勢，即減振孔減振效果增強。此外，隨減振孔參數(shù)變化，減振孔前后和減振孔間巖體前后測點的隔振率呈現(xiàn)顯著的差異性，前者明顯大于后者，兩者差值隨孔直徑的增加先增大后減小，隨爆心距的增加迅速減小，隨孔排數(shù)的增加沒有明顯變化。減振孔間距變化會影響測點與減振孔的相對位置，從而影響測點的隔振率大小。

關(guān)鍵詞：爆破;減振孔;質(zhì)點峰值振動速度;隔振率

中圖分類號：TU94? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ??文章編號：2096-6717（2021）02-0049-11

Abstract： The explicit dynamic FEM-based code AUTODYN was used to study the effect and law of barrier holes on blast-induced stress wave propagation and attenuation， as well as the dynamic responses of adjacent underground opening and ground. First of all，? compared with the results of blasting model test， the effectiveness and accuracy of AUTODYN? to simulate the process of underground opening explosion and stress wave propagation are verified. Then， the effects of different barrier hole parameters on peak particle velocity （PPV） of the adjacent chamber and ground， and the vibration-isolation rates of measuring points before and after barrier hole screen were analyzed through the numerical simulation method， and the pattem of varying barrier hole parameters on vibration reduction effect is revealed. The simulated results indicated that barrier hole diameter， hole spacing， the distance between hole and explosion center， and hole row have effects on PPVs of adjacent underground opening and ground and the vibration-isolation rates of measuring points before and after barrier hole screen. With increasing barrier hole diameter and barrier hole row， or decreasing barrier hole spacing and distance between barrier hole and explosion center， PPVs of the adjacent underground opening and ground show a decreasing trend and vibration-isolation rates of measuring points before and after barrier hole screen show a great increasing trend， that is， the vibration reduction effect of barrier hole? is enhanced. In addition， with change of barrier hole parameters， the vibration-isolation rates of the measuring points before and after barrier hole and the measuring points before and after rock mass between barrier holes show significant differences. The former is obviously larger than the latter， and the difference between the two increases first and then decreases with increase of hole diameter， and decreases rapidly with increase of the distance between hole and explosion center. But it doesnt change significantly with the increase of barrier hole row. The change of barrier hole spacing could affect the relative position of the measuring point and the barrier hole， thus determining the vibration-isolation rate of the measuring point.

Keywords：blasting; barrier hole; peak particle velocity （PPV）; vibration-isolation rate

工程爆破作為主要的施工手段被廣泛應(yīng)用于礦山開采、隧道開挖、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等工程領(lǐng)域，與此同時，也帶來了諸多負(fù)面效應(yīng)。炸藥在巖石中爆炸產(chǎn)生的能量主要用于對周圍介質(zhì)做功，另有部分能量以應(yīng)力波的形式向外傳播[1-2]。爆炸應(yīng)力波的傳播對爆破施工場地附近的建（構(gòu)）筑物、邊坡、鄰近地下洞室等會產(chǎn)生嚴(yán)重危害[3-6]。因此，如何在不影響工程質(zhì)量、工期的前提下利用減振技術(shù)降低爆破振動對周邊的影響，一直是工程爆破亟待解決的關(guān)鍵問題。

天然巖體中存在如斷層、節(jié)理、層理等不連續(xù)面。爆炸應(yīng)力波在巖體中傳播時，在不連續(xù)面處會發(fā)生反射、折射，導(dǎo)致波的能量減少、幅值減小、振動速度變小[7-9]。通過改變傳播介質(zhì)的物理性質(zhì)，影響爆炸應(yīng)力波在巖體中的傳播與衰減，是目前地下工程爆破施工中行之有效的減振手段之一。依據(jù)此減振機理，在震源和被保護(hù)體之間設(shè)置減振孔，可以加速爆炸應(yīng)力波的衰減，減小爆破振動對周圍構(gòu)筑物造成的影響。減振孔鉆孔既不會產(chǎn)生額外振動，也不受開挖巖體條件的限制，具有施工工藝簡單、布置方式靈活、對環(huán)境影響破壞小等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于基坑、礦山、邊坡、隧道爆破開挖、人防工程等領(lǐng)域[10-12]。

許多學(xué)者通過試驗分析和數(shù)值模擬對減振孔的減振效果及影響因素進(jìn)行研究。試驗分析方面，徐亮[13]通過現(xiàn)場試驗研究減振孔布置對地表振動的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，布置減振孔可明顯減小水平切向爆破能量，而對水平徑向和垂直向的能量分布無明顯影響。Uysal等[14]進(jìn)行了3排減振孔的現(xiàn)場爆破試驗，與孔前測點PPV相比，孔后測點PPV降低了18%。鄭文富[15]通過模型試驗發(fā)現(xiàn)，增加減振孔排數(shù)可導(dǎo)致徑向主頻增大，而對切向和垂直向主頻影響不大。

數(shù)值模擬研究方面，Lei等[16]通過LS-DYNA數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，增大減振孔直徑和減小孔間距，可以明顯提高減振率，擴(kuò)大振動屏蔽范圍。楊典光[17]通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，增加減振孔直徑和孔排數(shù)可以有效降低振動速度，但并未進(jìn)一步探究機理。Bian等[18]采用離散元UDEC模擬研究減振孔對爆破地表振動的影響，通過對比水平振速和垂直振速發(fā)現(xiàn)，減振孔參數(shù)變化對垂直方向振速影響更大。Dohyun[19]通過AUTODYN進(jìn)行隧道爆破施工時減振孔對地表振動的減振研究，對減振率隨孔參數(shù)變化進(jìn)行曲線擬合，提出安全系數(shù)1.2?；莘宓萚20]通過數(shù)值模擬研究了小凈距隧道爆破中減振孔排數(shù)和爆心距對爆破應(yīng)力波衰減的影響，但參數(shù)設(shè)置較少。

目前，減振孔減振效果的研究大多局限于爆破施工過程中減振孔對地表振動的影響，而對于巖石地下洞室爆破中減振孔對鄰近洞室的動態(tài)響應(yīng)以及對減振孔屏障前后測點的PPV影響規(guī)律的認(rèn)識不足。鑒于此，通過對減振孔的地下洞室爆破進(jìn)行數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了不同孔參數(shù)對地下鄰近洞室和地表振動響應(yīng)的影響規(guī)律，探究了減振孔減振機理及減振孔減振效果機制，深入分析了減振孔屏障前后不同位置測點隔振率隨孔參數(shù)變化的差異性。

1 數(shù)值模擬方法及其試驗驗證

AUTODYN是一種顯式動力有限元分析軟件，用來解決固體、流體、氣體及其相互作用的高度非線性動力學(xué)問題[21]。由于其具有界面友好、集成方便、材料庫完善、求解復(fù)雜問題快速、求解精度高等特點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于軍工、航空、巖土、化學(xué)、汽車等領(lǐng)域。

1.1 試塊制作

模型試驗中長方體水泥砂漿試塊模型如圖1（a）、（b）所示，試塊尺寸為800 mm×600 mm×400 mm，模型相似比例為1∶20。兩個洞室直徑為200 mm，凈間距為200 mm，洞室頂部距離試塊上表面為200 mm，長400 mm，貫通試塊。左邊為爆炸洞室，右邊為鄰近洞室。在兩個洞室之間設(shè)置1排減振孔，減振孔間距為50 mm，減振孔距爆源距離為150 mm，減振孔直徑分別為5、10、15 mm，每種直徑減振孔模型設(shè)置兩次平行試驗。

砂漿試塊采用普通硅酸鹽水泥（PC32.5）和細(xì)黃砂配制而成。在制備砂漿試塊的同時，用相同的混合物澆筑5塊100 mm×100 mm×100 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣。用CTS-25非金屬超聲波探測儀測得標(biāo)準(zhǔn)試樣的縱波速度。用TJW-1000型電液伺服巖石多功能試驗機對其進(jìn)行單軸壓縮試驗，測得其抗壓強度和彈性模量。在計算出試塊的密度、縱波速度、彈性模量之后，由式（1）求出試塊的泊松比。取5個試塊所測數(shù)據(jù)的平均值，最終得到砂漿試塊的物理力學(xué)參數(shù)，如表1所示。

試驗所用炸藥組成為含5%石墨的2 g黑索金 （RDX）粉末和含1 g RDX的雷管，見圖1（c）。玻璃管內(nèi)徑為15 mm，RDX粉末裝入玻璃管后高13.5 mm，RDX裝藥密度為1 260 kg/m3。用紙板將RDX藥柱卡于爆破洞室中央，洞室兩端用黃泥填堵密實，使剩余洞室空腔長10 cm，則RDX裝載密度為0.95 kg/m3。裝載密度為炸藥總質(zhì)量與爆破洞室體積之比[2]。

1.2 試驗測試系統(tǒng)

由于爆破測振傳感器難以預(yù)埋于試塊內(nèi)部，許多學(xué)者[22-23]在進(jìn)行爆破模型試驗時通常采用預(yù)埋應(yīng)變片的方式來監(jiān)測試塊的爆破振動情況?；诖耍瑢λ嗌皾{試塊進(jìn)行超動態(tài)應(yīng)變測試。測試系統(tǒng)主要由應(yīng)變片、橋盒、LK2107A型超動態(tài)應(yīng)變儀、TST3406動態(tài)測試分析儀（含采集卡）、特制靜電磁屏蔽線組成，用于監(jiān)測試塊中由爆炸應(yīng)力波引起的應(yīng)變變化情況，該測試系統(tǒng)示意圖如圖1（d）、（e）所示。

1）試驗中采用型號為BE120-3AA（11）、120 Ω的箔式環(huán)氧酚醛類電阻應(yīng)變片。其敏感柵尺寸為2.8 mm×2 mm，基底尺寸為6.4 mm×3.5 mm，靈敏系數(shù)為2.11%±1%，引線為4 cm鍍銀銅線。每塊模型預(yù)埋3個應(yīng)變磚，如圖1（b）所示，分別位于鄰近洞室左側(cè)壁1、減振孔前方2和減振孔后方3。應(yīng)變磚尺寸為20 mm×20 mm×10 mm，應(yīng)變磚埋深為300 mm，每個應(yīng)變磚上粘貼1個徑向應(yīng)變片，如圖1（f）所示，用來記錄測點沿x方向的應(yīng)變（圖1（b））。應(yīng)變磚與水泥砂漿試塊的材料配比相同，以保持兩者的彈性模量、波阻抗等一致，在應(yīng)變片表面涂抹環(huán)氧樹脂進(jìn)行防潮絕緣處理后，澆筑于水泥砂漿試塊中。

2）LK2107A型超動態(tài)應(yīng)變儀能夠測量材料及結(jié)構(gòu)發(fā)生任意變形時產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)變，可進(jìn)行動力強度研究及試驗應(yīng)力分析。

在測量中，為防止周圍電磁干擾，影響監(jiān)測結(jié)果，將測量導(dǎo)線與電源線絞扭，測量導(dǎo)線方向垂直于電源線方向，使得每一絞的感應(yīng)電流與下一絞的感應(yīng)電流相反，在絞扭線的外面采用較厚的銅金屬屏蔽套包裹，并將屏蔽套兩端接地。對信號電路采用一點接地方式，即儀器的外殼和銅金屬屏蔽套在同一點接地[23]。

1.3 AUTODYN數(shù)值模型

將爆破模型試驗簡化為一個2D平面應(yīng)變問題，基于AUTODYN程序，建立減振孔直徑變化時RDX炸藥爆炸的2D仿真模型，模型尺寸及測點布置和試驗相同，如圖1（b）所示。模型長800 mm，高600 mm。在模型水平中軸線處布置3個測點，測點1位于鄰近洞室左側(cè)壁，測點2位于減振孔屏障前方，測點3位于減振孔屏障后方。模型邊界設(shè)為自由邊界。建立的AUTODYN模型材料包括巖石、炸藥（RDX）和空氣。巖石簡化為均勻、各向同性的彈性材料，材料參數(shù)選取爆破模型試驗中水泥砂漿試塊的物理力學(xué)參數(shù)，如表1所示。空氣材料從軟件自帶的材料庫中選擇。RDX能量方程滿足JWL（Jones–Wilkins–Lee）狀態(tài)方程[21]

空氣和RDX炸藥選用多材料Euler算法模擬，巖石材料用Lagrange算法模擬。巖石材料和空氣材料通過Lagrange-Euler耦合實現(xiàn)接觸，Lagrange-Euler耦合是解決流固氣耦合建模問題常用的有效方法。模型網(wǎng)格采用漸變網(wǎng)格，在炸藥和減振孔處網(wǎng)格劃分較密，遠(yuǎn)離此處，網(wǎng)格逐漸增大。最小網(wǎng)格為0.3 mm，最大網(wǎng)格為3 mm，大約25萬個網(wǎng)格單元，提高計算速度的同時也保證了計算精度。模型網(wǎng)格如圖2所示。在AUTODYN-2D模型中，認(rèn)為炸藥沿爆破洞室空腔長度方向均勻分布，則裝載密度可以簡化為式（3）[2]。

1.4 對比驗證

通過對比分析地下洞室爆炸中不同減振孔直徑下巖石測點的隔振率和鄰近洞室的峰值應(yīng)變模型試驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果（表3），驗證AUTODYN軟件模擬本研究的有效性和準(zhǔn)確性。圖1（b）中，減振孔屏障前后的兩個對稱測點2和3組成一組，測得其峰值應(yīng)變，通過式（4）求得該組測點的隔振率，作為表征減振孔減振效果的一種方法。

當(dāng)孔徑為5 mm時，試驗和模擬所得測點1、2、3的應(yīng)變時程曲線如圖3所示。測點的峰值應(yīng)變?nèi)∏€的首波峰值（第一峰值應(yīng)變）。圖中顯示爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波在砂漿介質(zhì)中傳播時，在測點位置首先產(chǎn)生壓縮應(yīng)變;隨著應(yīng)力波的傳播，遇到孔隙或塊體邊界等自由面時，生成反射拉伸波，產(chǎn)生拉伸應(yīng)變;隨后壓應(yīng)變和拉應(yīng)變交替出現(xiàn)，形成小的波形波動。模擬和試驗得到的首波峰值接近，但試驗測得的首個反射拉伸波峰值大于數(shù)值模擬的結(jié)果。這可能與試驗中水泥砂漿試塊的非均質(zhì)性和多相多孔性有關(guān)，其存在導(dǎo)致應(yīng)力波多次反射后疊加產(chǎn)生較高幅值的反射拉伸波，從而生成較大的拉伸應(yīng)變。

圖4和圖5分別為隨減振孔直徑變化時，鄰近洞室左壁測點1水平方向第一峰值應(yīng)變和隔振率的試驗與模擬結(jié)果對比圖?？梢钥闯觯S著減振孔直徑的增加，鄰近洞室左壁測點1的第一峰值應(yīng)變逐漸減小，減振孔屏障前后測點的隔振率逐漸增大。這表明減振孔對爆炸應(yīng)力波有屏蔽作用，且當(dāng)減振孔直徑增大時，爆炸應(yīng)力波通過減振孔時能量消耗增大，隔振效果增強。

對比數(shù)值結(jié)果和試驗結(jié)果可以看出，兩者變化趨勢一致，大小相近。但鄰近洞室左壁測點1的第一峰值應(yīng)變的數(shù)值模擬結(jié)果大于試驗結(jié)果，隔振率的數(shù)值模擬結(jié)果小于試驗結(jié)果。主要原因可能是：1）試樣存在不均勻分布的問題，且由于攪拌不均而含有大量孔隙，從而導(dǎo)致爆炸應(yīng)力波衰減;2）在有限元軟件模擬時，忽略了巖石材料（水泥砂漿介質(zhì)）本身阻尼對應(yīng)力波的衰減作用。因此，數(shù)值計算得出的鄰近洞室的應(yīng)變峰值大于試驗結(jié)果，相應(yīng)的隔振率小于試驗結(jié)果。

表4為模擬與試驗結(jié)果對比的誤差分析。由表4可以看出，相對誤差大多在20%以內(nèi)，屬于工程允許范圍。當(dāng)孔徑為10 mm時，隔振率的相對誤差超過了20%，這可能是由于該次模型試驗測量儀器誤差或模型試塊非均勻性較高，從而導(dǎo)致爆炸應(yīng)力波通過減振孔時衰減較大。

綜上所述，有限元軟件AUTODYN可有效、準(zhǔn)確地模擬地下洞室爆炸、爆炸應(yīng)力波傳播以及減振孔減振效果等問題。

2 減振孔減振效應(yīng)的數(shù)值模擬

利用AUTODYN建立含減振孔的2D爆破隔振效應(yīng)模型，分別探討了減振孔直徑、孔間距、孔距爆源距離和孔排數(shù)對爆炸應(yīng)力波的傳播和衰減的影響。

2.1 數(shù)值模型

采用的數(shù)值模型如圖6所示，模型尺寸為30 m×18 m，兩個圓形地下洞室直徑為6 m，洞室頂部距離模型上表面為6 m，兩個洞室凈間距為6 m，左側(cè)洞室為爆炸洞室，右側(cè)為鄰近洞室。在兩個洞室之間布設(shè)減振孔。共布置16個測點，其中測點1和測點2位于右側(cè)鄰近洞室左側(cè)壁和頂部，用于監(jiān)測鄰近洞室的動態(tài)響應(yīng)過程。測點3至測點6位于鄰近洞室上方的地表，間距為2 m，測點3位于鄰近洞室左側(cè)壁正上方，用于監(jiān)測地表的動態(tài)響應(yīng)過程。在減振孔屏障前后各布置了5個測點，測點7-8、11-12、15-16位于減振孔前后，測點9-10、13-14位于減振孔間巖體前后，用于監(jiān)測爆炸應(yīng)力波通過減振孔前后的能量變化。

為了避免模型四周反射的應(yīng)力波影響數(shù)值結(jié)果的準(zhǔn)確性，對模型左右及下邊界進(jìn)行人工無反射處理，模型上邊界是地表，為自由邊界。巖石參數(shù)見表5[8]，炸藥采用模型試驗中的RDX參數(shù)，見表2。炸藥裝載密度取15 kg/m3，由式（3）算得，RDX炸藥半徑為327 mm。模型網(wǎng)格采用漸變網(wǎng)格，由炸藥和減振孔向外，網(wǎng)格由密變疏，最小網(wǎng)格為1 cm，最大網(wǎng)格為17.5 cm，大約18萬個網(wǎng)格單元。模型網(wǎng)格如圖7所示。

2.2 減振孔直徑對減振效果的影響

數(shù)值模型如圖6（a）所示，S1為0.5 m，S2為4 m，n為1排。

圖8（a）、（b）、（c）分別為對應(yīng)不同減振孔直徑下地下洞室測點1-2處PPV、地表測點3-6處PPV、減振孔屏障前后測點7-16處隔振率變化曲線。從數(shù)值模擬結(jié)果可以看出，測點1-2（鄰近洞室左側(cè)壁和洞頂）和測點3-6（地表）處PPV均隨著減振孔直徑的增加呈明顯的減小趨勢，說明大直徑減振孔可更有效衰減爆炸應(yīng)力波，與試驗結(jié)論相同。對此分析認(rèn)為，爆炸應(yīng)力波傳播至減振孔時，會產(chǎn)生反射、透射和繞射現(xiàn)象。由于減振孔中空氣的存在，部分應(yīng)力波能量發(fā)生耗散，其余波能以反射波和繞射波的形式繼續(xù)在塊體中傳播。當(dāng)減振孔直徑增大時，一方面，入射波波能耗散增加，使得繞射進(jìn)入減振孔后方的應(yīng)力波減少，并且由于繞射路徑的增長，繞射傳播過程中，應(yīng)力波的衰減增加;另一方面，減振孔間的凈間距減小，使得直接通過孔間介質(zhì)傳播的應(yīng)力波減少，從而亦導(dǎo)致應(yīng)力波衰減增大。

隨著減振孔直徑的增加，隔振率呈明顯的增大趨勢，與試驗結(jié)果一致。當(dāng)減振孔直徑從0.1 m增大到0.4 m時，隔振率從大約10%增大到50%，說明減振孔直徑變化對減振孔減振效果影響顯著。從圖8（c）中可以看出，隔振率大小呈現(xiàn)明顯的兩種分布：位于減振孔前后的測點7-8、11-12、15-16隔振率大小接近，而位于減振孔間巖體前后的測點9-10、13-14隔振率大小接近，前者明顯大于后者。兩者差值隨減振孔直徑增加逐漸增大，在孔徑為0.3 m時達(dá)到最大，之后逐漸縮小。這是因為，相比于孔間巖體，減振孔對爆炸應(yīng)力波的削弱作用更強。并且，與位于孔間巖體前后的測點相比，位于孔前后的測點距減振孔更近，因此，可以獲得更好的隔振效果。但當(dāng)孔徑增大至0.4 m時，孔間隙變得很小，減振孔可近似看作連續(xù)屏障，因此，兩者差值縮小。

2.3 減振孔間距對減振效果的影響

數(shù)值模型如圖6（a）所示，Φ為0.1 m，S2為4 m，n為1排。

圖9（a）、（b）、（c）分別為減振孔間距變化時，對應(yīng)的地下洞室壁測點1-2處PPV、地表測點3-6處PPV、減振孔屏障前后測點7-16處隔振率的變化曲線。從數(shù)值模擬結(jié)果可以看出，測點1-2處PPV隨著減振孔間距的增加呈緩慢增加趨勢，測點3-6處PPV隨減振孔間距的增加呈明顯增加趨勢，說明隨減振孔間距的增大，減振效果減弱。這是由于減振孔間距變大時，一方面，更多的爆炸應(yīng)力波可直接從減振孔間的介質(zhì)傳播到減振孔后方，另一方面，減振孔離散性變大，使得減振孔對爆炸應(yīng)力波的整體屏蔽作用變差。因此，在實際工程中，建議在爆源和保護(hù)區(qū)之間布設(shè)較密集的減振孔，可以得到更好的減振效果，減小爆炸應(yīng)力波對保護(hù)區(qū)的破壞作用。

圖9（c）中，測點7-16處隔振率隨減振孔間距的增加呈明顯的減小趨勢，當(dāng)減振孔間距由0.2 m增大到0.5 m時，隔振率由大約22%減小到8%。另外，5組測點與減振孔的相對位置會隨減振孔間距的變化而變化。當(dāng)孔間距較小時（0.2 m或0.3 m），減振孔整體更接近連續(xù)屏障，5組測點的隔振率大小相近;當(dāng)孔間距較大時（0.4 m或0.5 m），減振孔之間離散性增加，5組測點的隔振率大小呈現(xiàn)差異性。

2.4 減振孔距爆源距離對減振效果的影響

數(shù)值模型如圖6（a）所示，Φ為0.1 m，S1為0.3 m，n為1排。

減振孔距爆源距離變化對減振孔減振效果影響變化規(guī)律見圖10所示。由圖10（a）可以看到，隨著減振孔與爆源之間距離的增大，測點1-2（鄰近洞室左側(cè)壁和洞頂）處PPV呈現(xiàn)緩慢增大的變化規(guī)律。由圖10（b）可以看到，隨著減振孔與爆源之間距離的增大，測點3-6（地表）處PPV呈現(xiàn)明顯增大的變化規(guī)律，說明減振孔減振效果隨爆心距的增加而減弱。分析認(rèn)為，應(yīng)力波隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。當(dāng)減振孔距離爆源較近時，波的能量較大，減振孔的存在可以有效阻隔大部分爆炸應(yīng)力波的傳播;而當(dāng)減振孔距爆源較遠(yuǎn)時，相較于前者，更多的波能在經(jīng)過減振孔之前，發(fā)生傳播耗散，減振孔對爆炸應(yīng)力波的屏蔽作用變小，從而減振效果減弱。因此，在實際工程中，為了增強減振效果，更好地屏蔽爆炸應(yīng)力波的傳播，建議在距爆源較近的位置布設(shè)減振孔。

由圖10（c）可以看到，隨減振孔與爆源之間距離的增大，隔振率呈現(xiàn)明顯減小的變化規(guī)律，且當(dāng)減振孔距離爆源較近時（爆心距為4～5 m），隔振率減幅大，爆心距的變化對減振孔的減振效果影響程度大;而當(dāng)減振孔距離爆源較遠(yuǎn)時（爆心距為5～7 m），隔振率減幅變小，爆心距的變化對減振孔的減振效果影響程度變小。另外，位于減振孔前后的3組測點7-8、11-12、15-16的隔振率大于減振孔間巖體前后的2組測點9-10、13-14的隔振率，且差距隨爆心距的增加而減小，當(dāng)爆心距大于5 m時，5組測點的隔振率大小基本相同。

2.5 減振孔排數(shù)對減振效果的影響

數(shù)值模型如圖6（d）所示，Φ為0.1 m，S1為0.3 m，S2為4 m，S3為0.3 m。

減振孔排數(shù)變化對減振孔減振效果影響的數(shù)值模擬結(jié)果見圖11所示。由圖11（a）、（b）可以看出，測點1-2（鄰近洞室左側(cè)壁和洞頂）處PPV和測點3-6（地表）處PPV均隨減振孔排數(shù)的增大明顯減小。這主要是由于爆炸應(yīng)力波通過更多排數(shù)的減振孔時會發(fā)生多次透、反射和繞射，傳播方向被干擾，傳播路徑增長，使得爆炸應(yīng)力波能量發(fā)生更多的耗散，從而導(dǎo)致通過減振孔的應(yīng)力波幅值減弱。因此，在實際工程中，在一定范圍內(nèi)合理布設(shè)多排減振孔可以起到更好的減振效果。

由圖11（c）可以看出，隨著減振孔排數(shù)的增加，這5組測點的隔振率均明顯增大。孔前后和孔間巖體前后得到的結(jié)果依然表現(xiàn)出較明顯的差異，總體上前者的隔振率更大，隔振效果更好。隨孔排數(shù)增加，兩者變化幅度一致，差值沒有明顯變化。

此外，對比圖8（a）、圖9（a）、圖10（a）、圖11（a）可以看出，當(dāng)減振孔直徑變化時，鄰近洞室PPV變化比較明顯;而當(dāng)減振孔間距、孔距爆源距離及孔排數(shù)變化時，鄰近洞室PPV雖有增大或減小的趨勢，但變化不明顯。而對比圖8（c）、圖9（c）、圖10（c）、圖11（c）可以看出，減振孔參數(shù)變化時，減振孔屏障前后測點的隔振率大小均有明顯變化。其中，減振孔直徑變化時，隔振率的變化幅度最大。鄰近洞室PPV變化不明顯的原因可能是由于鄰近洞室離爆源較遠(yuǎn)，爆炸應(yīng)力波到達(dá)此處時，大部分能量已經(jīng)耗散，所以，鄰近洞室的振動絕對值變化不明顯。相比而言，減振孔屏障前后測點的隔振率變化比較明顯，主要是由于減振孔參數(shù)變化對靠近減振孔測點的PPV影響較大。

3 結(jié)論

針對地下巖體工程中的爆破減振問題，通過有限元數(shù)值模擬軟件AUTODYN建立了含減振孔的數(shù)值模型，經(jīng)爆破試驗驗證后，系統(tǒng)地分析了在爆炸作用下地下洞室不同參數(shù)減振孔對鄰近洞室和地表的動態(tài)響應(yīng)特性的影響，探究了減振孔參數(shù)對減振孔減振效果的影響規(guī)律。主要結(jié)論如下：

1）減振孔尺寸、位置和排列的變化均會對減振孔減振效果產(chǎn)生影響。隨著減振孔直徑和孔排數(shù)的增加，或者隨著孔間距和孔距爆源距離的減小，地下鄰近洞室和地表的PPV減小，減振孔屏障前后測點的隔振率明顯增大，減振效果更顯著。

2）減振孔直徑變化時，不同位置測點的隔振率大小呈現(xiàn)如下兩種分布：減振孔前后測點的隔振率大小接近，而減振孔間巖體前后測點的隔振率大小接近。且前者明顯大于后者，兩者差值隨孔直徑的增大先增大后縮小。

3）減振孔距爆源距離變化時，減振孔前后的3組測點隔振率大于減振孔間巖體前后的2組測點隔振率，兩者差值隨爆心距的增加迅速縮小。減振孔排數(shù)變化時，隔振率大小呈現(xiàn)同樣的分布，但兩者差值隨孔排數(shù)增加沒有明顯變化。

4）減振孔間距變化會影響測點與減振孔的相對位置。當(dāng)孔間距較小時，5組測點的隔振率大小相近;而當(dāng)孔間距較大時，5組測點的隔振率大小呈現(xiàn)差異性。

5）減振孔直徑對鄰近洞室振動和隔振率的影響程度最大，而孔間距、減振孔距爆源距離和孔排數(shù)等的影響程度相對較小。

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（編輯 王秀玲）