下载文档原格式
Serial N o.419M ay .2004 矿 业 快 报EXPR ESS I N FORM A T I ONO F M I N I N G I NDU STR Y 总第419期2004年5月第5期 马建兴,(1957-),男,高级实验师,014010内蒙古包头市。
・试验研究・爆破振动对建筑物影响的研究马建兴 刘 勤 颜春军(内蒙古科技大学建筑与土木工程学院) 摘 要:对爆破地震波的传播特性,爆破地震与天然地震的区别,观测建筑物振动的原则以及频谱分析的研究,提出了一些看法,对从事该研究的人员具有一定的意义。
关键词:爆破振动;地震;频谱分析中图分类号:TD 23511 文献标识码:A 文章编号:100925683(2004)0520020202Research Effect of Bla sti ng V ibra tion on Bu ild i ngsM a J ianx ing L iu Q in Yan Chun jun(A rch itectu re and C ivil Engineering Schoo l ,U ST I M )Abstract :B ased on the tran s m issi on characteristics of b lasting earthquake w aves ,the dif 2ferences betw een b lasting vib rati on and earthquake ,ob servati on p rinci p le of bu ildings vib ra 2ti on and study of sp ectrum analysis ,som e op in i on s are p u t fo rw ard ,w h ich have certain m een 2ing fo r researchers in th is field .Keywords :B lasting vib rati on ;Earthquake ;Sp ectrum analysis1 爆破地震波的传播特点我们知道爆破释放的能量使周围介质产生振动,这个振动通过介质内部相互之间的作用,以应力和应变的相互转化形式,向四面八方传播,即为地震波。
隧道开挖爆破震动对地表建筑物影响随着我国交通事业的蓬勃发展,穿越闹市区的浅埋隧道工程将会越来越多,由于工程条件的限制,这些隧道有很大一部分需要采用爆破法进行开挖,但爆破产生的震动效应有可能危及到周围建筑物的安全。
因此,为保证建筑物的安全和隧道等地下工程的顺利建设,有必要对爆破地震波作用下的震动效应及其对结构的陂坏进行研究。
本文首先简单介绍了爆破地震波产生、类型及其传播规律,并探讨研究爆破震动效应对于建筑结构两种震动破坏机制,即直接效应和动态响应效应。
然后以重庆新红岩隧道爆破开挖为工程背景,根据监测数据研究浅埋隧道爆破时地表震动特性及其变化规律,并应用matlab信号处理功能,对爆破地震波的主频、能量分布等进行分析,并分析了爆破地震波的反应谱的特征。
最后以普通结构动力学理论为依据,通过ANSYS有限元软件,对某框架结构工程实例在爆破震动作用下的的动力反应进行计算分析,与抗震设防烈度震动作用下的结构动力反应进行比较,对其进行了安全性评估。
通过以上,本文得到的结论：1)爆破地震波所含的频率成分较多,频带较宽。
然而不同的爆破方法时,爆破震动信号的频谱成分有大差别。
采用非电雷管主频的分布范围基本在40～75HZ 之间。
采用不同延期时间的电子雷管爆破时主频值的分布都较非电雷管爆破时的频率大。
在近距离范围内,爆破地震波的高频震动成分含量较高,而在远距离区域内,高频振动成分含量减少,地震波的低频成分含量相对增加。
2)主振频率较好反映了能量的分布。
爆破能量分布很不均匀,在其频域中除了以主振频域外,还存在多个子频带,各频带的能量大小不相同,这样造成爆破中存在多个与频率对应的峰值,由此可见采用单主频的爆破安全判断标准存在偏颇。
非电雷管的震动能量分布范围相对集中在低频范围,而电子雷管分布在高频带的能量要比非电雷管高频带的能量大。
3)爆破地震波震动反应谱的峰值区间对应的周期约在0.01～0.05s(对应的频率为20～100HZ)范围内,随后谱峰值迅速衰减。
地下工程爆破震动控制技术措施分析地下工程中的爆破作业是常见的施工方法，然而由于爆破过程中产生的震动对周围环境和周边建筑物可能造成的影响，因此需要采取一系列的措施进行震动控制，以保证施工过程的安全和周围环境的稳定。
在进行地下工程爆破作业之前，需要先进行震动监测，通过监测数据分析评估爆破震动对周围建筑物、地质和水文环境的可能影响，然后制定合理的震动控制措施。
以下是一些常用的爆破震动控制技术措施。
1. 震动监测：在进行爆破作业之前，需要对周围环境进行震动监测，监测数据包括振动速度、振动加速度、振动位移等参数，以评估爆破震动的强度及对周围结构的影响。
2. 震动预测和模拟：通过震动监测数据，可以进行震动预测和模拟，依据已有的震动数据，预测爆破作业带来的震动影响范围，并进行模拟分析，以便制定合理的措施。
3. 合理选取爆破参数：爆破参数的选择对于控制爆破震动至关重要。
爆破参数包括炸药的种类、装药量、布置方式等。
合理的爆破参数选择可以减小震动传播和影响范围。
4. 起爆顺序：对于较大规模的爆破作业，选择合理的起爆顺序可以有效控制震动的传播方向和强度。
通过合理的起爆顺序，可以将震波引导向不易受到影响的区域，减小因震动而造成的影响。
5. 控制爆破振动传播途径：对于地下爆破作业，控制爆破振动的传播途径是非常重要的措施。
可以通过合理的爆破孔的布置方式、间距的设定以及地下水的处理等方法，减小震动的传播范围。
6. 震动衰减措施：在进行地下爆破作业时，可以采取一些震动衰减措施，如在震源点周围设置缓冲层、挡墙、挡板等，减少震动的传播和影响。
7. 建筑物保护：对于地下爆破作业附近的建筑物，可以采取一些保护措施，如加固结构、增加振动隔离层、采取振动补偿等方法，减小因爆破震动对建筑物安全的影响。
地下工程爆破震动控制技术措施的选择和实施需要根据具体情况进行综合考虑，采取多种手段相结合的方法，以保证施工过程的安全和周围环境的稳定。
需要将震动控制措施的效果进行监测和评估，根据实际情况进行调整和改进，以提高爆破作业的效率和效果。
爆破振动测量报告1. 引言爆破振动测量是一种常用的地震监测手段，用于记录爆破活动引起的地面振动情况。
本报告旨在分析某爆破活动的振动测量数据，并对其进行评估和总结。
2. 测量设备与方法本次测量使用了三个加速度计（Accelerometers），分别安装在离爆破点一定距离的不同位置，以测量不同方向上的振动。
加速度计的采样频率为500Hz，并以数字方式记录数据。
3. 测量数据与分析通过对测量数据进行处理和分析，得到了以下结果：3.1 最大振动幅值在三个测点的振动数据中，分别选取了最大振动幅值。
结果显示：•离爆破点最近的测点振动幅值为5.1mm/s。
•离爆破点较远的测点振动幅值为2.8mm/s。
•另外一个测点振动幅值为3.5mm/s。
3.2 频谱分析对测量数据进行频谱分析，得到了下图所示的频谱图：从频谱图可以观察到主要能量集中在10Hz附近，并有一些低频和高频成分。
3.3 振动时间历程下图展示了三个测点的振动时间历程：从时间历程图可以看出，振动信号具有明显的脉冲性质，持续时间较短，峰值出现在爆破后不久，并逐渐衰减。
4. 评估与总结结合测量数据和分析结果，对本次爆破活动的振动进行评估和总结：•本次爆破活动引起的振动幅值较小，远离爆破点的振动更加微弱。
•振动频谱主要集中在10Hz附近，具有一些低频和高频成分。
•振动时间历程显示了明显的脉冲特征，持续时间较短。
综上所述，本次爆破活动对周围地面的振动影响较小，不会对周围建筑物和设施产生明显的损害。
5. 结论根据对测量数据的分析，本次爆破活动引起的地面振动幅值较小且持续时间较短。
振动频谱主要集中在10Hz附近，具有一些低频和高频成分。
基于这些分析结果，可以判断该爆破活动对周围建筑物和设施的影响较小，不会造成严重的损害。
隧道爆破对地表建筑物的危害及防治1.1 爆破地震波产生阶段影响因素分析1.1.1 炸药的影响炸药的影响包括炸药种类的影响和炸药量的影响。
目前业界的大部分专家学者认为炸药种类不同对爆破地震波影响也不同。
实验表明：作为炸药重要性能参数之一的爆轰压力对爆破震动大小和频率有影响，炸药的爆轰压力上升时间越短，爆破震动越大，爆破震动波的频率也越高。
从炸药的波阻抗方面讲，如果炸药的波阻抗与岩石、土的波阻抗相近的情况下，爆破损失的能量少，炸药的能量传递的效果良好，爆破的震动效果就降低；反之爆破损失能量大，而损失的能量会增强爆破的震动。
1.1.2 段数的影响段数的影响主要体现在降震效果和延长爆破地震波作用时间。
研究表明分段装药比不分段装药的降震效果好30%-50%。
随着炸药的段数增加，地震波的主震相会相应的降低，但是地震波的作用时间会增长，所以段数也不是越多越好。
合理的装药段数，既能减少爆破作用时间又能降低爆破地震波的主震相，因此可以有效的降低震动效应。
1.1.3 装药结构形式的影响这里主要分析耦合装药和不耦合装药的装药结构形式。
试验表明：在一定岩石和炸药条件下，采用不耦合装药（或空气柱间隔装药），可以增加用于破碎或抛掷岩石的爆破能量，提高炸药能量的有效利用率，降低药量使用。
与亲合装药相比它降低质点振动速度峰值，降低了爆破震动的效果。
1.1.4 起爆方案的影响岩土爆破作业中有很多爆破方式（定向爆破、预裂、光面爆破、微差爆破、控制爆破等），不同的爆破方式对爆破地震波的产生有不同影响。
通过研究发现当起爆方向线与保护目标垂直时，振动速度峰值最大，药包组成直线布置会加强垂直方向的地震波。
对于毫秒级的微差爆破来说，延迟不同的时间间隔引起的爆破振动强度也不同。
1.2 爆破地震波传播过程中的影响因素分析1.2.1 大地系统的地质条件大地系统的地质条件主要考虑的是爆破周围的地形、地表覆盖层厚度、断层等。
同时研究表明，场地地表覆盖土对地震波的作用时间也有影响。
爆破作用下地下管线的振动特征研究在城市建设过程中,地铁隧道、桩基及基坑工程中的爆破施工作业越来越多。
这些地面以下的爆破将不可避免的会扰动周围岩土体,进而可能导致附近地下管线的破坏。
因此,为保障管线的正常使用及工程建设的顺利进行,研究爆破作用下地下管线的振动特性及其控制措施已成为当前急需解决的重要课题。
本文通过理论分析、有限元数值仿真计算和现场试验,对爆破作用下土体及管线的振速衰减规律、应变特征等进行综合研究。
主要的研究成果有以下几点:1.现场爆破试验的振动速度测试表明,爆破振速随着与爆点之间距离的增加而减小,爆心距越大振速衰减越慢,竖向振速明显大于水平两个方向的振速,振速FFT主频集中于30～50Hz,振速频率并不随爆心距的改变而变化。
2.现场的管线爆破试验表明,距离越小管线应变越大,衰减越慢,管线正对爆点的位置所受爆破作用越强,应变越大;在相同的试验断面上,迎爆点的应变均大于管顶的应变。
3.采取ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行计算分析,获得爆破地震波的传播云图。
由云图可知,爆破振动波近似于球形均匀传播,地下管线的存在对波的传播起一定的阻碍作用。
振速结果表明,振速在传播介质内随着水平距离的增大,振速峰值均不断减小:随着深度的增大,爆破近区振速增大,爆破远区振速基本不变。
管线计算结果表明,管线应变大小的顺序为:管底<管顶<背爆面<迎爆面;沿着管线轴向,应变从中间至边段呈总体减小的趋势;管线的尺寸越大应变较小。
4.根据弹性固体中球形波的传播,推导出爆破弹性区竖向振速的解析表达式及分布规律。
结果表明,炸药的强弱体现为爆压及爆腔大小;爆压的衰减形式对于振速的变化规律有显著影响;质点的振速幅值与材料泊松比有密切关系。
5.在爆破弹性区振速解析公式的基础上,推导出了爆破弹性区地下管线的轴向应变解析表达式。
进一步分析表明,管线的密度越大,爆破作用下管线轴向位移引起的轴向应变越小;爆破产生的拉压变形部分与管径无关,弯曲变形部分与管径有关;管径越大,爆破对地下管线的影响越体现为弯曲作用。
工程爆破引起的振动速度计算经验公式及应用条件探讨程 康 , 沈 伟 , 陈庄明 , 武金贵(武汉理工大学 土木工程与建筑学院 ,武汉430070) 摘 要 : 分析总结了工程爆破界对于爆破振动速度计算的经验公式 。
根据相似理论 ,推导了爆破振动速度计算的公式 。
研究结果发现 ,在地形 、地质和使用炸药种类不变的情况下 ,爆破引起的地面振动速度与最大起爆药量 Q 、爆源距 测点的直线距离 R 、以及爆破作用指数 n 有关 。
只有在集中药包 、标准抛掷爆破条件下 , 爆破振动速度的计算公式 , 才适 合于前苏联学者萨道夫斯基提出的经验公式 。
把深孔直列药包 , 假定为无数个等效集中药包 , 提出了深孔爆破的振动速 度计算公式 , 并应用于工程实际中 。
关键词 : 爆破振动 ;计算公式 ;应用条件 ;相似分析中图分类号 : T D235. 1文献标识码 : AI n qu i ry i n to ca lcu l a t i o n for m u l a for v i bra t i on ve loc ity i n ducedby en g i n e er i n g b l a st i n g an d its a pp l i ca t i o n con d it i o n sCH EN G Kang, SH E N W ei, CH EN Z huang 2m ing, W U J in 2gu i( Schoo l of C i vil En ginee r ing and A rch i tec t u r e, W uhan U n i ve r sity of Techno l og y, W uhan 430070, Ch i na )A b s tra c t : The ca l cu l a t i o n f o r m u l a s f o r b l a s ti ng vi b ra t i o n ve l o c ity i n engi nee ri ng we re summ u r iz ed. si m il a rity theo ry, the f o r m u l a t o e s ti m a t e the b l a s ti ng vi b r a t i o n ve l o c ity wa s de r i ved. U n de r the sam e te r ra i n, cond i ti o n s and w i th the sam e amoun t of ex p l o s i ve s , the gr ound vi b r a t i o n ve l o c ity dep e nd s on the m a xi m u mB a s ed ongeo l o gi ca l amoun t of p ri m a r y ex p l o s i ve ( Q ) , d i stance fr om ex p l o s i o n sou r ce t o m e a s u r i ng po i n t ( R ) and b l a s ti ng ac t i o n i ndex ( n ) . The ca l cu l a ti o n f o r m u l a, p u t f o r w a rd by p revi o u s U SSR scho l a r, is effec ti ve on l y a t the cond iti o n s of standa rd th r o w b l a s ti n g and concen tra ted ca rtri dge . A cco rd i ng t o equ i va l ence p ri nc i p l e , li nea rl y d istri bu ted cha rge wa s a ssum ed a s num e r ou s equ i va l en t concen tra ted cha rge s and the equa ti o n of deep 2ho l e b l a sti ng wa s de ri ved, wh ich is ge tti ng succe ss i n p r ac t i c a l engi nee r i ng app li ca t i o n s .Key word s : b l a s ti ng vi b ra t i o n; ca l cu l a t i o n f o r m u l a; app li ca t i o n cond i ti o n s ; op ti m u m ana l ysis爆破种类 (如硐室爆破 、深孔和浅孔爆破 、拆除爆破 ) 、 和爆破条件 (松动爆破 、抛掷爆破 ) , 统统都采用该公式 进行爆破振动安全计算和校核 , 缺乏一定的理论依据 。
收稿日期：２０１４?０６?０４作者简介：刘旭东（１９８７－），男，山西长治人，助理工程师，从事采矿技术工作。
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０１４．１１．０２４基于反应谱分析建筑物爆破振动位移响应研究刘旭东（潞安集团司马煤业公司，山西长治 ０４７１０５）摘 要：在阐述爆破振动反应谱理论的基础上，利用爆破振动监测数据，编制ｍａｔｌａｂ程序计算得到爆破振动位移反应谱曲线，并对这些反应谱曲线进行了分析和比较，讨论了爆破地震效应、高程及距离的变化对建筑物结构体响应的影响。
可以看出：反应谱曲线反映了不同动力特性的结构，在爆破地震波作用下的最大反应与结构体自振周期的关系，在一定程度上体现了振动信号的时频特性在结构体振动响应中的作用。
关键词：爆破振动效应；反应谱；动力响应；结构体抗振中图分类号：ＴＤ２３５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５?２７９８（２０１４）１１?００６６?０３ 爆破振动是岩土爆破工程、矿山工程以及地下开挖工程中无法避免的公害。
工程施工过程中，因爆破造成结构体开裂和变形，甚至失稳破坏的工程事故屡见不鲜。
相关研究表明：结构体对振动破坏效应的响应是个动态问题，因此结构体响应必须建立动态过程来分析，而以往仅仅从振速方面对建筑物进行安全性评估是不全面的。
目前，在地震工程中应用比较成熟的反应谱理论，作为不同动力状态下结构体响应分析的重要方法，已被科技工作者及相关技术人员应用到工程结构分析领域，以此来建立结构体抗振性能评价体系，并确定相关的安全系数，来检验其安全度。
实践证明，利用反应谱理论研究爆破振动对建筑物的作用时，综合考虑结构自振特性和爆炸地震波特性的影响，比仅用地面质点振速作为判断建筑物安全度的判据更合理［１－２］。
文章应用反应谱分析方法对风井爆破开挖过程中实测的振动信号进行分析，以总结爆破振动波作为初始激励，结构体的位移反应谱响应程度和特征，探寻位移反应谱和爆破振动强度及其破坏效应之间的关系。
