某矿七号坑边坡对爆破振动的动态响应分析

随着我国工业的高速发展，对矿产的需求不断增加，推动了采矿业的繁荣进步。爆破广泛应用于采矿工程中，不仅节约成本还大大缩短了开采挖掘的时间，是一种高效低廉的手段。随着露天矿山开采工作面的不断推进，靠帮后容易形成高边坡，而高边坡不断受到开挖生产过程中爆破动载荷的侵扰，从而对边坡稳定性造成一定的影响

，因此在生产过程中需要对爆破振动对高边坡的安全影响进行分析并对爆破作业加以指导

。爆破振动信号、数值模拟是进行边坡振动响应分析的主要内容，是进行爆破振动危害控制、安全评估和制定爆破振动安全判据的主要依据

。在爆破施工中，对边坡进行爆破振动监测和研究爆破振动作用下边坡的动态响应是工程中的重要课题

，具有十分重要的意义。

本文以某矿山为例，采用ANSYS有限元软件，建立数值计算模型，对该矿7号坑南扩过程中边坡在生产爆破振动下造成的影响进行分析，从而为矿山后续的爆破作业提供指导。

步骤3：并行运行降阶和全阶自适应交互双模算法。当采用降阶估计值保障系统实时性时，在计算耗时较长的全阶算法运行完成一次后修正一次降阶估计值，以提高测速精度。若返回步骤2；若重复步骤3。

1 工程概况

某矿坐落在云南省昆明市晋宁区，位置在南边，距离有65公里，矿区具体位于上蒜、六街乡地界内，矿区东部边界到小瓦房、小石洞，西部边界到打水龙潭，南部边界到老深沟、徐家老包一带，北部边界到达鲁家坟。该矿7号坑南扩工程采坑境界内的南端帮为6号坑西坑内排土场，在南扩施工过程中，采坑上部最终形成的台阶边坡为填方松散体，且南扩完成后最终边坡高度有200多m，受频繁爆破振动影响，存在较大的安全隐患。为了控制7号坑南扩过程中整个南端帮边坡稳定，需要对爆破振动作用下的边坡稳定性进行分析研究，判断爆破振动对边坡产生的影响，同时指导爆破参数修正，以保证该矿7号坑南扩过程中边坡的稳定，并为后续的南扩施工爆破提供指导。

1.1 矿区地质

某矿7#坑地层由新到老为：二叠系下统倒石头组（P

d）、下统栖霞组（P

q）及第四系（Q）；石炭系下统大塘组（C

d）、中统威宁组（C

w）；泥盆系上统宰格组（D

z）；泥盆系中统海口组（D

h）；寒武系下统梅树村组（Є

m）、筇竹寺组（Є

q）；震旦系上统灯影组（Zbdn）。7#坑南扩底部矿区沟谷较发育，地形以小于30°的斜坡为主，岩体以白云岩、砂岩等坚硬岩类为主。风化带深度小于20m，矿层顶、底板岩稳固性总体较好。区内地下水以岩溶裂隙水和碎屑岩裂隙水为主，矿坑涌水量较小。矿区工程地质复杂程度为中等偏复杂。

某矿构造上位于南西缘之扬子准地台，牛首山古陆和康滇古陆东侧范围位于西南部之昆明前缘凹陷，属华宁-澄江沉积中心西缘（两隆三洼古地理构造在川滇早寒武世时的成矿带所形成）。矿坑处于王家湾向斜西翼南段，养伯牛向斜西翼南西段，周边地质构造线呈南北向和北东向构造带展布；矿坑内主要为南北向和北东向构造，它们互相交叉、互相干扰，派生构造受上述两组构造所制约。次级褶皱不甚发育，断层分布具一定规律。

ANSYS中动力时程分析的输入波是以加速度时程曲线的形式输入。选择爆区西侧2440平台坡顶实测的水平径向加速度振动波形，总时长约8s。

（4）岩体风化特征：据现有采坑边坡调查，玄武岩、灰岩、白云岩、砂岩等岩石的风化深度一般为3m～6m，岩体主要结构为碎块状，大部分玄武岩强风化，结构大多数为碎裂状-散体状。总体上矿区里的各部分矿岩体均呈较强烈风化状，各种软质岩如泥质粉砂岩、页岩和泥岩等达到了15m～20m的风化深度，大部分岩体结构主要为碎裂状。

1.2 工程地质

在反对分裂主义、维护及实现国家统一的语境中，我国经历了从包容发展到融合发展理论的提升① 一般来说，交流发展仅仅是不同主体间经济社会互动的一种客观描述，不带有鲜明的价值导向。同时，交流更偏向于区隔主体间的互动关系，在反分裂语境中无法彰显国家的一体性。交流发展虽强调利益创造，但缺乏培育共同利益及相互依赖关系的指引。。一般而言，“包容”指的是发展的方式问题，或指推进共同发展的手段；“融合”强调的是发展的方向问题，或指实现命运共同体的发展导向。在反对分裂主义、维护和实现国家统一的过程中，融合发展具有鲜明的方向感和理论深意。

（2）矿层顶板（Є

m

、Є

q、D

h、D

z）总体为坚硬岩组。矿岩主要由白云岩夹泥质岩、页岩及含砾石英砂岩、含云母粉砂泥质岩、白云岩和泥质白云岩等组成。厚度范围为约76m～138m。极限抗压平均强度为112MPa（干式）、82MPa（湿式），17MPa的内聚力，43°38′的内摩擦角，岩石坚固系数（普氏系数）6-10。

针对7号坑南扩爆破通过数值模拟的常用软件ANSYS模拟计算了南端边坡在动态爆破振动作用下的响应规律。为了方便模拟和计算，近似把7号坑南扩南端边坡整体简化为排土场堆土，根据矿山现有资料及参考类似矿山的岩石力学参数，具体计算时需用到的岩石力学参数参考表1。做剖面图于某矿7号坑南扩南端边坡中线位置，确定的坐标原点在2250水平，模型边坡尺寸为边坡倾向沿x轴宽度为93m，模型垂直高度沿y轴46m，边坡走向沿Z轴5m，计算模型选择了一般研究人员在岩土模拟中用得较多的单元类型-实体单元SOLID45。

（3）矿层底板（Є

m

、Zbdn

）总体为坚硬至半坚硬岩组。矿岩主要由粉砂质页岩、泥质白云岩夹薄层燧石及白云岩等组成。厚度范围为约223m左右。岩石坚固系数（普氏系数）14-16，可钻性级别Ⅵ-Ⅴ。

目前，非工程措施建设自动雨量站设置已达到 20～50 km2/站的密度布设要求，但在高易发山洪降雨区、人口密度较大的山洪灾害频发区仍需适当加密或调整站点布设，而且自动雨量监测站点布设应尽可能安装在流域中心、暴雨中心等有代表性的地段。

矿体（层）的空间结构较有规律，各种不同的矿石自然类型空间分布层位较稳定，矿石类型与品级密切相关。矿体（层）第三岩性段从上至下多为含砂白云质块岩至致密状块岩，为Ⅲ、Ⅱ（或Ⅰ）品级矿体；第二岩性段多为白云质块岩，多为Ⅲ、Ⅳ品级矿体，局部地段有夹石分布。总体上矿体由上至下具有“上下贫、中间富”的空间结构规律，在垂向上其矿体品级多分布为Ⅲ-Ⅰ+Ⅱ-Ⅲ品级，底部为低品位矿（Ⅳ品级）。由于风化程度的差异及矿石类型变化，部份中深部矿体只有Ⅲ品级分布。

（1）矿层（Є

m

及Є

m

）总体为坚硬岩组。矿岩主要由硅质块岩并夹含白云岩、含砂白云质块岩以及致密状块岩等组成，厚度范围为约15m～61m。极限抗压平均强度为123MPa（干式）、100MPa（湿式），8MPa的内聚力，47°50′的内摩擦角，岩石坚固系数（普氏系数）7-9。

1.3 水文地质

某矿矿区陡峻的山坡分布在东西两侧，有一呈“M”型断面、宽约1km～2km的岩溶谷地位于分水岭顶部，谷底约为2100m～2300m的标高。矿区最低侵蚀基准面为1950m的柴河水库。该矿坐落在云南高原腹地，属滇池流域（属于金沙江水系），南部靠近南盘江水系的分水岭地带，中低山高原地貌，矿区内属于一个次级的分水岭区域，海拔最高的山头高程为2483.5m，高程2090m是最低的地势，达393.5m的相对高差，南北走向的山体。

某矿区域气候为亚热带季风型，74%的年均相对湿度，811.3毫巴的年均气压，1874mm的年均蒸发量，2.9m/s的年均风速，南南西的主导风向，15m/s的最大风速；据晋宁县气象站资料，该区最大达1172.1mm的年降雨量，625.7mm的年最小降雨量，平均降雨量为925.4mm，14.6℃的年平均气温，30.3℃(在5月)的年最高温度，-6℃(在1月)的年最低温度。总体上每年分为干季和雨季，5-10月为雨季，这段时间的降水集中了大约80%的全年降雨量，阵雨为常见雨型，近年来88.4mm/天是最大一天的降雨量。

这三位女生跟我班上四位女生一样，一看到她们就知道是女生，而我是男生，所以她们是异性，然后就没有其他特殊的感觉了。

矿区内的柴河及大河为两大地表水体，均属于滇池水系，两河基本承接了分水岭地带的地表和地下水。本区属两河上游，并分别在其河谷中筑坝成库。矿区位于柴河与大河分岭地带，无地表水体。矿山位于分水岭地带，区域地表水远离矿区，其间泥质岩隔水层分布，地下水对矿区无充水影响。

2 爆破振动沿边坡的传播规律分析

为了提供根据给施工爆破的最大单响安全药量确定，首先应找出某矿7号坑南扩时爆破振动在边坡的传播规律，从而需监测采区7号坑南扩时的爆破作业振动，每次监测均基本上沿一条直线在不同台阶上布置6个测点。振动检测系统选择目前国内最先进的测试系统之一的TC-4850爆破测振仪和低频三向速度传感器，该系统由成都中科测控有限公司生产。

边坡前6阶主要模态振型为Z方向垂直上下振动，表明当边坡受到垂向爆破荷载时，会激发边坡前6阶振型。根据现场爆破测振数据，测得地震波的振动主频率基本上位于6-10HZ，对比表2看得出来，边坡的固有频率基本在5.5HZ以下，均比所测爆破振动波的主振频率低，因此把所测爆破振动波荷载加于边坡模型进行动力分析的话，共振是不会发生的。

式中：R为测点至爆源的水平距离，m；

K、α为系数和衰减指数，和测点到爆区之间的地形地貌以及地质情况等条件有关；

V为质点振动安全允许振速（保护对象所在区域），cm/s。

对监测的三次17组三个方向的振动数据利用最小二乘法进行回归分析，求出系数K和α，从而得到某矿7号坑南扩时边坡上三个方向的爆破振动传播规律公式：

经过对大量矿山、交通和水利水电等工程实践进行研究后国内外学者提出了各种不同的边坡爆破振动安全允许振速

，陈明等

认为开挖区域上一台阶马道内侧是岩石高边坡控制爆破振动的合适位置，其爆破振动安全允许振速标准为10cm/s，但国内长沙矿冶研究院及其他一些单位建议的矿山岩石边坡坡脚安全允许振速为22～45cm/s

。因为某矿7号坑南扩时的南端边坡是原来矿山的排土场，属于松散堆集体，总体较破碎，边坡不像原岩开采后那样稳定，爆破振动速度安全控制标准定为5cm/s，根据该允许振速，反过来可以推出最大单响药量为1400kg时可保证某矿7号坑南扩时南端边坡安全，而该值远大于现场爆破作业时的最大单响药量，所以单纯从爆破振动大小考虑的话，该矿7号坑南扩时的常规爆破作业不会影响南端边坡安全。

3 数值计算模型的建立

3.1 模型建立

2018年3月28日，由东南大学设计的我国首款无人驾驶巴士正式运行，这款无人驾驶巴士完全通过计算机、雷达和导航等电子系统工作，可实现双向自动行驶、靠站自动停靠和自动避让障碍等多种功能。

3.2 网格划分

进行数值模拟求解处理前的其中很关键的一步是对网格进行划分，划分网格是否合适会对计算时间的长短和计算结果的精确产生直接影响。映射网格划分是本论文选定的划分方法，模型划分了9862个单元。

随着我国市场经济的发展，党中央“三农”问题的提出，彰显出农业发展的促进作用，而涉农企业是未来先进生产力的代表，起到龙头作用，在国民经济的发展中具有举足轻重的地位。涉农企业的发展，有利于推进农业产业化的进行，促进农村城镇化和工业化的发展，提供农村剩余劳动力的就业从而稳定社会，助推“三农”问题的有效解决。

3.3 动力时程分析方法简介

时程分析法为本次数值模拟选用的方法，详细描述为：把地震波加速度的时程曲线输入在模型结构的底部位置，起始于结构的初始状态，伴随振动波载荷的不断施加，一步一步实施积分计算，一直到振动施加时间完结为止。采用积分运算的方式，计算到结构应力、应变和变形状态随着振动波作用过程产生不同形式表现的整个过程，从而根据这个结果开展所针对结构的抗震和变形核算，做出结构在此种情况下的变形及稳定性判断。时程分析法对于线性分析和非线性分析都可以使用，振动载荷作用的整个过程通过此法都能够详实的反映出来，对振动力永久变形的大小进行计算，获得动应力、应变在边坡岩体内部的整个分布状况，可以定量研究边坡稳定性（如边坡上每一处节点位移、速度、应力等的变化情况），评价振动动力作用下的反应大小，并且对边坡稳定性变化作出定性判定。所以时程分析法是一种相对更加合理和可靠的方法。

3.4 阻尼选定

数值模拟时为了减小模型在自然振动模式下的振幅，往往在动力计算中加入瑞利阻尼。根据论文研究对象边坡的实际情况，计算时选择了瑞利阻尼。一般在计算时会假设动力方程中的阻尼矩阵C与刚度矩阵K和质量矩阵M有关：

其中：α为阻尼常数，与质量成比例；β为阻尼常数，与刚度成比例。

2%～5%是岩土材料临界阻尼比的一般常见范围。选择弹塑性模型开展动力计算时，在材料发生塑性流动阶段时会有许多的能量消散，所以进行大应变动力分析，一般取很小的一个阻尼比就可以达到要求，根据经验通常取5%。

3.5 载荷确定

按照传播方式，地震波可分为纵波、横波和面波。纵波为压缩波，对岩体产生挤压作用，破坏性较弱；横波为剪切波，对岩体产生剪切作用，破坏性较强；面波是纵波和横波在地表相遇后激发产生的混合波，只能沿地表传播。由于纵波的破坏性较弱，而面波是横波和纵波在地表合成的，为简化计算，故本文模型中只考虑横波作用。在施加爆破荷载时同时考虑自重，即同时考虑爆破作用及重力作用。

(4)患者需要接受长时间的用药治疗，护理人员需要叮嘱患者遵医嘱用药，同时告知患者不合理使用药物存在的危害，以提升其依从性；此外护理人员需要将各种降压药物使用的方法、不良反应以及禁忌症等详细掌握，给予患者科学合理的指导；对患者的血压水平需要密切监测，以掌握其病情控制情况，同时有利于医生结合患者病情控制情况调整治疗方案。

某矿属浅海相沉积块岩矿床，矿体赋存于寒武系下统梅树村组（Є

m）第三、第二岩性段中，呈层状产出。本次生产勘探范围内，矿体走向总体由北向南呈带状分布，倾向东～南东，倾角19°～35°，平均25°。受F

、F

等断层构造的破坏和影响，局部地段矿体倾角变化较大，但断层以西Ⅰ-Ⅲ品级总体上分布较连续，矿体形态上属较稳定型。

4 数值模拟及结果分析

4.1 模态分析

为了对某矿7号坑南扩南端边坡的基本动力特性有基本的掌握，从而为后面的动态分析做好准备，选择常用的BlockI anczos法，提取模态分析前六阶振型的固有频率。

根据萨道夫斯基公式

4.2 等效应力图

表征岩石应力特征的其中一种常用方法是采用Von Mises有效应力，大家都比较认同该方法的分析应用结果。该方法遵守材料力学里的第四强度理论（形状改变比能理论），模型内部的整体应力分布状况可以通过应力等值线表示，整个模型中的结果变化可以清楚表述出来，进而对模型中的最危险区域作出快速确定。对Mise屈服条件的描述是：如果简单拉伸的屈服极限小于了有效应力，材料就会逐步进入塑性阶段导致造成破坏，所以破坏判据是以动态抗拉强度为准的话，当岩石动态抗拉强度小于Von Misses有效应力时，可以认定此处的岩石会产生破坏。爆破振动作用下某矿7号坑南扩南端边坡的Von Mises应力图及与边坡最大有效应力点对应的时程曲线见图1。

在古诗文的词汇中，实词的意义相对固定，随着时代的更迭，会产生相应的拓展和引申，但总的来说学生易于掌握，难的莫过于虚词。刘彦和将常见的虚词作了如下归类：“至于夫惟盖故者，发端之首唱；之而于以者，乃扎句之旧体；乎哉矣也，亦送末之常科。”并指明虚词在作者回环婉转的巧妙运用下，文辞就会变得严密。因此，作者在创作过程中会努力避免虚词的运用出现谬误，那么我们在阅读过程中同样要将虚词理解准确。否则，即使理解了文意也是不严密的。当然，在教学实践中不能完全按刘彦和的方法来辨析，毕竟《文心雕龙》成书于南朝，此后的词汇在词性和词义上都产生了变化与演进。

精神类药物 抗抑郁药和吩噻嗪类抗精神病药包括奋乃静、氯丙嗪、丙咪嗪、丙氯拉嗪、三氟拉嗪、地昔帕明等，服用后都易出现光敏性皮炎。

由图1可知，在当前爆破荷载下，Von Mises应力最大位于边坡中下部，此时受到爆破振动下的Von Mises应力最大值约为5.66Mpa，而一般土颗粒的强度范围在100Kpa至10Mpa之间，某矿岩石的动态抗拉强度为6.23Mpa。结合爆破过程中边坡无变化的宏观监测结果，可认为当前爆破荷载下7号坑南扩南端边坡稳定性较好。

4.3 位移云图

7号坑南扩南端边坡X方向和Y方向的位移变形见图2和图3。

由图2和图3可以看出，正常生产爆破振动对边坡影响很小，X方向的最大位移值出现在边坡底部处，位移变形值为1.32cm；Y方向的最大位移值出现在2450平台上的边坡处，位移变形值为0.466cm。结合X与Y方向的最大位移值，可认为生产爆破振动引起的7号坑南扩南端边坡变形很小，边坡总体稳定。

4.4 边坡破坏分析

边坡失稳破坏的必要条件之一是边坡的滑动面出现塑性区贯通，但该条件并不是充分条件。滑体出现无限移动才应是岩体整体破坏的标志，这时会有突变出现在滑移面上的应变或者位移，所以岩体破坏的依据是有限元数值计算是否可以收敛或滑面上的节点塑性应变和位移是否出现突变。根据数值模拟计算结果，7号坑南扩南端边坡塑性区及剪切应变云图见图4。

根据图7（a）可看出当前正常生产爆破荷载下出现了一定的塑性区，但整个7号坑南扩南端边坡最大塑性应变值为0.415×10

，且整个求解过程无不收敛情况。

大数据分析计算平台架构设计见图3。利用大数据技术计算分析出的辅助决策数据，可在绿通治理过程中全面掌握车辆和驾驶人员的各项数据，如同车同绿通货物车货总重的范围、是否存在疑似假绿通通行行为等。通过这些辅助数据，绿通治理工作人员可重点检查有不良记录的车辆，对诚信评级高的车辆或驾驶人员进行快速检查，甚至免检。

许多工程实例和现场试验结果都表明，边坡出现失稳破坏的时候，在边坡某处会发生局部的剪切变形现象。如果一旦发生此现象，在一个变形区域内将会出现边坡变形的相对集中，导致边坡岩体滑出时会沿着一个特定滑动面发生。根据边坡剪切应变云图8（b）可以看出边坡剪切应变为0.785×10

。根据数值计算结果，塑性应变及剪切应变值较小，且无贯通边坡坡顶坡脚的塑性破坏区域，表明当前7号坑南扩南端边坡稳定性较好。

数值模拟计算出的边坡2440平台坡顶节点加速度时程曲线的x向振动加速度为0.163m/s

，与实际值对比，本次数值模拟计算值基本与实际一致（加速度幅值及波形），误差在5%以内，说明本次模拟结果可靠。

机场航空业务以及非航空业务的收费项目在管理上需要采用不同的管理方式，一般对于航空性的业务在收费的过程中都是严格按照政府的指导价进行收费的，而非航空性业务则主要是根据市场的调节价进行收费。通过本次对机场收费项目以及具体收费的调整，二、三类的机场收费仍然需要以政府的指导价格为标准，这种收费方式和管理方式更加科学合理。对于需要通过市场调节进行收费的项目，一般都具有较强的市场性特征，在作业成本法的实施中具有可进行对比的市场标杆，对机场作业绩效的分析具有积极的作用，而且能够有效控制作业的成本。

5 结论

（1）根据数值模拟的应力云图，并结合爆破过程中边坡无变化的宏观监测结果，判定某矿7号坑南扩南端边坡在加载爆破振动波后边坡体不会发生破坏；

（2）正常生产爆破振动引起的边坡变形很小，7号坑南扩南端边坡总体稳定；

（3）数值计算结果中塑性应变及剪切应变值较小，且无贯通边坡坡顶坡脚的塑性破坏区域，表明当前7号坑南扩南端边坡稳定性较好，为后续的正常施工爆破作业提供了依据。

[1]王润,孟兴涛,曹洋,等．爆破荷载下露天矿边坡动力放大效应试验研究[J]．黄金,2021,42(11)：39-43．

[2]张云鹏,王浩,魏新宇．爆破地震作用下边坡稳定性分析与振动相似模型试验[J]．矿业研究与开发,2019,39(4)：86-91．

[3]李庆文,乔兰,陈璐．基于精确爆破载荷分析的安全距离判据[J]．工程力学,2015,32(10)：123-129．

[4]罗忆,卢文波,陈明,等．爆破振动安全判据研究综述[J]．爆破,2010,27(1)：14-22．

[5]张耀平,曹平,高赛红．爆破振动信号的小波分解及各频段的能最分布特征[J]．金属矿山2007,(11)：2-4．

[6]史秀志,薛剑光,陈寿如．爆破振动特征参量的粗糙集模糊神经网络预测[J]．振动与冲击,2009,28(7)：73-76．

[7]刘凤成,胡五星,崔学臣．西龙池电站岩壁吊车梁爆破振动测试成果分析[J]．长江科学院院报,2008,36(05)：171-174．

[8]陶铁军,池恩安,赵明生,等．露天铁矿分区爆破振动监测与安全分析[J]．中国安全生产科学技术,2012,8(12)：179-183．

[9]卢文波,李海波,陈明,等．水电工程爆破振动安全判据及应用中的几个关键问题．岩石力学与工程学报,2009,28(8)：1513-1520．

[10]陈明,卢文波,吴亮,等．小湾水电站岩石高边坡爆破振动速度安全阈值研究[J]．岩石力学与工程学报,2007,26(1)：51-56．

[11]陈清运,刘美山,王香杰,等．锦屏一级水电站边坡开挖爆破动力稳定性研究．爆破,2011,28(1)：35-39．