爆破與地震載荷下橢圓夾塞體的動態響應差異分析1)

陶 明 羅 豪 趙 瑞 向恭梁 徐源泉

(中南大學資源與安全工程學院，長沙 410083)

在深地資源開采與工程建設中會存在大量的地下硐室，這些硐室有的是天然存在的，也有的是人工挖掘的，例如礦山巷道、交通隧道等。其中部分硐室會被其他的介質所填充，這種硐室被稱之為夾塞體，例如回采充填體、引水隧洞、地下廠房和倉庫、地下軍事工程等。開采施工過程中，上述地下結構會受到爆破、機械破巖與自然地震產生的動力擾動，其能量以彈性波的形式向遠處傳播。在傳播過程中遇到硐室、夾塞體等不連續結構會發生波的散射與應力的重分布，致使不連續結構局部出現動態應力集中與能量遷移聚集[1]。當局部應力超過不連續結構的承載能力時，就會導致結構失穩破壞[2]。爆破和地震兩種類型的動力擾動特性不同。地震波頻率低，能量大，傳播路徑長，衰減緩慢，而爆破波頻率高，持續時間短。因此研究爆破與地震載荷下橢圓夾塞體的動態響應差異對于地下結構支護設計具有重要的工程意義。

國內外學者針對爆破與地震擾動對地下結構的影響展開了深入的研究[3-8]，主要的解析方法包括波函數展開法、復變函數法、積分方程法與積分變換法等。Lu 等[9]將爆破P 波簡化為三角脈沖波，采用波函數展開法求解獲得了地下圓形隧道的動態應力集中因子（dynamic stress concentration factor,DSCF）分布特征，數值結果表明DSCF 隨著爆破應力波持續時間的增加而增加，隨著圍巖泊松比的增加而減小。……