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隨著交通強國戰(zhàn)略的提出和實施，我國交通運輸和交通基建行業(yè)迅猛發(fā)展，山區(qū)高速公路的建設(shè)對我國交通基建行業(yè)起到了積極地推動作用。仁懷至遵義高速RZTJ-9標段（簡稱：仁遵9標）建設(shè)項目屬于成都至遵義國家高速公路，仁遵高速建設(shè)過程中會形成大量的高邊坡工程，邊坡爆破開挖的方式在該項目的邊坡工程施工中屬于十分常見的施工工藝。邊坡爆破開挖引起的邊坡巖體損傷失穩(wěn)問題是仁遵9標實際工程項目中邊坡工程能否安全、高效施工的關(guān)鍵問題。因此，爆破開挖對邊坡巖體的損傷研究顯得十分迫切。巖質(zhì)邊坡的開挖通常采用爆破的形式，爆破開挖使得邊坡巖體被迅速破碎，剩余更多的爆破荷載對圍巖產(chǎn)生地震波和熱量形式的影響，導(dǎo)致周圍邊坡巖體發(fā)生損傷作用，形成一個影響區(qū)域，可稱爆破影響區(qū)域，最終形成爆破開挖損傷區(qū)。爆破損傷區(qū)的巖體強度已經(jīng)收到了爆破地震波的影響，在后續(xù)施工階段的開挖擾動以及降雨產(chǎn)生的水壓力等不利因素作用下，對邊坡的穩(wěn)定性造成嚴重影響，爆破損傷區(qū)會不斷擴展，嚴重影響施工安全。爆破損傷區(qū)內(nèi)部含有大量的微裂縫，這些裂隙進一步擴展，導(dǎo)致邊坡巖體的力學(xué)性能大幅降低，主要表現(xiàn)為邊坡巖體的力學(xué)參數(shù)大幅降低，比如：巖體的抗剪、抗壓強度參數(shù)、彈性模量參數(shù)以及縱波波速等。邊坡巖體參數(shù)的劣化導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性迅速降低，甚至?xí)斐蛇吰抡w滑塌失穩(wěn)破壞。隨著邊坡爆破開挖的進程，開挖臺階往下進行，邊坡坡度越來越陡，坡高越來越大，此使爆破開挖的風(fēng)險也越來越大，則需要嚴格控制爆破開挖對高邊坡穩(wěn)定性造成的負面影響。因此，為了仁遵9標高邊坡爆破開挖施工的順利進行，必須合理控制邊坡爆破開挖的影響區(qū)域，對實際工程施工具有指導(dǎo)意義，同時還能防止高邊坡滑塌失穩(wěn)造成人員傷害和財產(chǎn)損失。行業(yè)曲線linkindustryappraisementDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2021.24.006可替代度影響力可實現(xiàn)度行業(yè)關(guān)聯(lián)度真實度邊坡爆破開挖形成的巖體損傷區(qū)對工程建設(shè)起到了十分嚴重的影響作用，如何量化這種影響目前是工程界和學(xué)術(shù)界的難點。只有對爆破開挖形成的損傷影響范圍進行量化，才能精準得到具體的爆破影響范圍，確保爆破影響范圍后才可以對預(yù)留巖體造成的影響進行評估，是否滿足設(shè)計要求，最終才能確保邊坡的穩(wěn)定性和施工的安全性。因此，巖體損傷范圍的確定和計算是邊坡爆破工程中的主要問題，其研究具有實際工程意義。

一、工程概況仁

懷至遵義高速RZTJ-9標段屬于成都至遵義國家高速公路，對國家和地方的交通建設(shè)有較大的指導(dǎo)作用，土建起訖樁號為K37+800-YK45+020、K37+800-ZK45+017.741，路線長7.22km。土建施工屬地位于貴州省遵義市紅花崗區(qū)，起點為56m段路基接青杠山2號橋隸屬黃鐘村，沿印把山大橋、黃鐘村大橋、松林互通、穿殷家寨設(shè)置殷家寨大橋，金鼎山服務(wù)區(qū)，終點隸屬蓮池村村設(shè)龍?zhí)翜洗髽蚪?7m段路基與10標相連。仁遵9標建設(shè)項目區(qū)域?qū)儆谇治g低中山，相對高差100～530m，地形起伏較大，邊坡巖體較破碎，境內(nèi)發(fā)育河谷溪溝，對項目區(qū)的切割作用十分強烈，導(dǎo)致兩側(cè)邊坡坡度較陡，坡面巖體破碎，工程建設(shè)難度較大。

二、爆破振動的巖質(zhì)邊坡開挖損傷預(yù)測

1經(jīng)驗公式預(yù)測

邊坡爆破開挖后主要分為爆源近區(qū)、中區(qū)和遠區(qū)，不同的區(qū)域爆破設(shè)計方法也各有差異。在爆源近區(qū)，將爆破開挖后質(zhì)點的振動峰值速度作為判斷指標進行爆破工程設(shè)計。在爆源中區(qū)和遠區(qū)，考慮爆破開挖后質(zhì)點振動峰值的衰減規(guī)律，以及相對應(yīng)的邊坡巖體遭受的損傷深度指標作為爆破設(shè)計依據(jù)。質(zhì)點的爆心距一定時，邊坡巖體損傷深度與質(zhì)點峰值振動速度的函數(shù)關(guān)系可用下式表示：v=Cekd（1）式中，d為損傷深度（m）；Ｃ，k為擬合系數(shù)。根據(jù)邊坡爆破工程案例中爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)以及研究者們采用的數(shù)值模擬方法結(jié)果表明：爆破近區(qū)質(zhì)點的峰值振動速度與爆破區(qū)的地形地貌、地層巖性、最大裝藥量、距爆源的距離等因素有關(guān)。目前，主要是采用特定的預(yù)測模型，結(jié)合大量實測數(shù)據(jù)進行回歸統(tǒng)計分析來建立質(zhì)點峰值振動速度預(yù)測公式。目前工程界采用較多的質(zhì)點峰值振動速度預(yù)測公式如下：USBM公式：（2）薩式公式：（3）印度公式：（4）式中，Q為單次齊爆炸藥量；R為質(zhì)點到爆源中心的距離；K為擬合系數(shù)。以上公式的形式都是冪函數(shù)形式，無法直接進行非線性回歸得到理論的解，但可以采用牛頓迭代法得到它們的數(shù)值解。因此，最好的方法還是采用非線性問題線性化，對上述公式兩側(cè)分別取對數(shù)，轉(zhuǎn)化為線性方程，從而簡化為線性問題進行求解，得到公式中的回歸參數(shù)的值，最終得到爆破近區(qū)質(zhì)點的峰值振動速度。在爆源中遠區(qū)，將質(zhì)點峰值振動速度衰減規(guī)律作為參考指標的邊坡爆破安全控制標準。根據(jù)相關(guān)公式和測試數(shù)據(jù)進行擬合，得到爆破地震波在爆源中、遠區(qū)水平徑向的衰減規(guī)律，如下式所示：（5）根據(jù)式（5）可計算得到質(zhì)點在爆破作用后不同爆心距處的振動速度，再根據(jù)式（1）對邊坡巖體爆破后的損傷范圍進行預(yù)測計算。最終得到，邊坡巖體采用爆破開挖方式后巖體的損傷深度和質(zhì)點的振動峰值速度之間的關(guān)系為指數(shù)式關(guān)系。

2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強大的計算能力，可以在輸入層與輸出層兩者之間實現(xiàn)任意的非線性映射，工程界已經(jīng)開始廣泛使用該方法來解決相關(guān)的實際工程問題。在邊坡爆破領(lǐng)域，基于爆破產(chǎn)生后形成的振動信號數(shù)據(jù)，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法來識別具體的爆破沖擊荷載參數(shù)，為實際工程提供參數(shù)值參考。在爆破近區(qū)，質(zhì)點的爆破振動速度峰值是研究的重中之重，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本方法，也可對該峰值速度進行預(yù)測，且得到的預(yù)測值比采用傳統(tǒng)預(yù)測公式的得到的預(yù)測值更加精確。在邊坡爆破研究工作中，爆破塊度是一個十分重要的參數(shù)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以精準預(yù)測爆破塊度。因此，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在邊坡爆破中的應(yīng)用十分廣泛，使用該方法來預(yù)測爆破開挖損傷深度是十分合理的手段。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法而建立起的邊坡爆破開挖損傷預(yù)測網(wǎng)絡(luò)模型中，將爆心距R、最大單段裝藥量Q、質(zhì)點峰值振動速度v、高程差、巖體抗壓強度和巖體抗拉強度六個因子作為輸入層參量，最大損傷深度dmax和平均損傷深度?d兩個因子作為輸出層參量。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的邊坡爆破開挖損傷深度預(yù)測模型所描述的爆破過程和實際工程案例一致，邊坡爆破開挖對爆源近區(qū)的巖體直接爆碎，對爆源中、遠區(qū)的巖體產(chǎn)生了動力損傷，剩余的大部分爆破能量以地震波的形式在邊坡巖體中傳播，對剩余巖體產(chǎn)生不利影響。具體的裝藥工藝可得到最大單段藥量；在坡表不同位置設(shè)置監(jiān)測點可測得質(zhì)點峰值振動速度；對邊坡巖體進行室內(nèi)力學(xué)性質(zhì)試驗可得到巖體的強度參數(shù)。為了得到最終的爆破開挖對邊坡巖體的損傷深度預(yù)測值d，必須將最大單段藥量Q、質(zhì)點振動峰值速度v和巖體強度參數(shù)等其他因子按規(guī)定分別輸入建立好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中。

三、巖體爆破損傷對邊坡穩(wěn)定性的影響1擾動因子的影響

徐帥研究了擾動因子DHB隨深度的變化規(guī)律，主要基于Hoek-Brown準則原理。擾動因子DHB的變化規(guī)律反映了邊坡巖體的爆破損傷程度，具體表示的是巖體損傷程度隨爆心距的變化，隨爆心距的增加而逐漸衰減的變化規(guī)律。仁遵9標施工段的邊坡爆破工程中也引入該擾動因子DHB的變化規(guī)律，并和不考慮爆破損傷弱化效應(yīng)假定下的計算結(jié)果進行對比，該方法可以探明邊坡巖體力學(xué)特性和邊坡整體穩(wěn)定性與擾動因子DHB的關(guān)系，闡明擾動因子的影響規(guī)律。考慮邊坡巖體的損傷弱化，研究擾動因子DHB對仁遵9標邊坡爆破項目中巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的影響，研究結(jié)果為揭露仁遵9標項目中邊坡爆破產(chǎn)生的損傷規(guī)律提供參考依據(jù)。在邊坡爆破中，爆源中、遠區(qū)的巖體會被損傷劣化，其巖體強度參數(shù)的劣化規(guī)律十分重要，主要利用擾動因子DHB的空間弱化規(guī)律以及Hoek-Brown強度準則來探究其劣化規(guī)律，研究結(jié)果表明擾動因子DHB不同的變化規(guī)律下巖體力學(xué)參數(shù)變化存在對應(yīng)的差異，表明仁遵9標邊坡爆破施工中巖體的損傷存在弱化效應(yīng)。2基于強度折減法的邊坡穩(wěn)定性影響邊坡爆破作用下，除了炸藥對爆源近區(qū)產(chǎn)生的巖體破碎作用外，更多的是以爆破地震波的形式對爆源中、遠區(qū)巖體產(chǎn)生類似于地震波的荷載。在各種不利因素下實際邊坡工程中隨著巖體的強度參數(shù)被不斷劣化，邊坡坡底的位移就不斷增大，該位移屬于水平塑性位移，無法自動恢復(fù)的一種位移形式，對邊坡整體的穩(wěn)定性造成不利影響。研究表明，爆破振動對軟弱邊坡的穩(wěn)定性影響更加顯著，因此在實際工程中爆破的強度也應(yīng)該考慮邊坡的巖體類型，對于穩(wěn)定性較差的軟弱巖層邊坡，應(yīng)該降低其爆破強度，防止邊坡的穩(wěn)定性進一步劣化，產(chǎn)生對施工不利的影響。爆破損傷是一個累積的過程，盡管爆破荷載只被施加一次，但是其產(chǎn)生的損傷累積作用十分不利，對邊坡穩(wěn)定性會產(chǎn)生十分顯著的影響，在仁遵9標實際邊坡爆破案例中，不僅僅要考慮爆破荷載的大小，還需要重點關(guān)注爆破累積損傷對邊坡穩(wěn)定性造成的影響。

四、結(jié)語

本文依托仁懷至遵義高速第RZTJ-9合同段（貴州段）建設(shè)項目，主要探究該項目中的邊坡爆破工程。探究爆破振動作用下巖質(zhì)邊坡開挖的損傷預(yù)測模型，主要分為經(jīng)驗公式預(yù)測模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型兩類。并引入了Hoek-Brown準則中的擾動因子DHB，擾動因子DHB的變化規(guī)律反映了邊坡巖體的爆破損傷程度。通過對擾動因子的分析，來反映爆破開挖對邊坡整體穩(wěn)定性的影響。爆破損傷是一個累積的過程，在實際邊坡爆破案例中，不僅僅要考慮爆破荷載的大小，還需要重點關(guān)注爆破累積損傷對邊坡穩(wěn)定性造成的影響。本文的研究為實際工程提供了較為準確的參考價值，由于爆破開挖方式的使用十分廣泛，因此還有很多關(guān)于爆破損傷方面的內(nèi)容值得去深入探究。

作者:畢鵬飛 申寶穩(wěn) 單位:中交路橋建設(shè)有限公司