爆破荷载作用下空洞效应对围岩振动速度的影响①

蔡 军，苏 莹，邱秀丽

（贺州学院 建筑与电气工程学院，广西 贺州 542899）

隧道爆破施工引起的围岩振动会造成隧道部分区域塌方，而隧道施工过程中的空洞效应［1］使隧道塌方区域常出现在掌子面附近的已开挖区。判定隧道爆破过程中空洞效应对围岩的影响程度以及影响范围是当前亟需解决的问题。

研究人员已开展了空洞效应方面的研究，但大多集中在空洞效应对地表振动速度的影响以及围岩振动速度的变化规律方面［2－5］，而有关隧道爆破施工过程中空洞效应对围岩振动速度的影响研究较少。

为研究空洞效应对围岩振动速度的影响，本文结合爆破过程中产生的地震波在围岩介质中的传播规律，提出了空洞效应作用下隧道围岩振动速度的衰减公式，并利用数值模拟方法进一步论证隧道围岩振动速度衰减公式的合理性。最后，通过数值模拟计算分析了不同爆破荷载作用下空洞效应对围岩振动速度的影响。

1 理论分析

地震波在传播过程发生反射和透射时，地震波能量急剧耗散，使得隧道围岩质点振动速度不断衰减［6］，围岩质点的能量与爆破过程中产生的总能量之间的关系如式（1）所示；爆破过程中产生的能量与围岩质点振动速度之间的关系式如式（2）所示。

式中E0为爆破过程产生的总能量；Er为爆破地震波通过监测点处球面的总能量；k为与介质和爆破条件有关的系数；α为振动衰减系数；r为爆心距；β为介质吸收系数。

式中c为爆破能量与围岩质点振动速度之间的转化系数；……