爆破地震参量与振动持续时间.pdf
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1、爆破地震参量与振动持续时间 西南科技大学 张志呈 【摘 要】 本文介绍爆破参数对震动速度、 频率和持续时间的影响因素,叙述振动持续时间 不为人们重视及其危害作用。 【关键词】 爆破地震 持续时间 灰关联 灰关联矩阵 1 爆破地震参量内容的选取 爆破地震动的峰值(最大振幅)、 频率和 持续时间被称为地震动的三要素,而最大振 幅又与速度、 加速度密切相关,若已知位移、 速度和加速度三个参数中的任一个,经过积 分或微分便可求出另二个。故地震动的速 度、 频率和持续时间也是表征地震动强度的 三个必不可少的参量。 111 岩土质点振动速度 在20世纪80年代以前岩土质点振动速 度作为建(构)筑物,岩石边
2、坡与隧道稳定的 判据,几乎在全世界都使用,这是因为在某一 振动速度范围内,建筑物与岩石隧道,岩石边 坡的破坏程度比较一致,而采用岩石质点振 动位移与加速度作为判据时,就不具有这一 特点。同时岩土质点振动速度可以直接与岩 石应力发生关系,英国在1980年以前用8年 的时间1进行三轴仪测试,经验表明,纵向 分向量较大,而垂直分向量较低,约低50 % , 横向分向量也是如此。但在露天矿,横向量 有时为最大,重庆大学土木工程学院2实验 表明,爆破地震动径向振幅大于切向,切向振 幅大于竖向振幅。同样在隧道掘进作业中, 或者当爆破与记录站之间的距离较大时,垂 直分向量也可能最大1。兰格福斯(Lange2
3、fors) 认为只需沿一个坐标轴(例如纵向坐标 轴或垂直坐标轴)进行测量就可以。所以 GB6722286爆破安全规程规定以速度为标 准。也因此,对震动速度的研究非常流行。 112 爆破地震波频率 大约在80年代前后国内外从事爆破工 程的专家和学者认为,对于爆破振动,采用振 动速度这个单一判据十分片面,频率响应是 一个不可缺少的重要因素。因为,当建(构) 筑物地基传入的地震动的主要周期(f= 1 T ) 接近建筑物的自振周期时,由于共振作用,将 产生更大的振动,容易引起建(构)筑物的破 坏。 例如,爆破点近处较旧的建筑物没有破 坏,而远处较好的建筑物却遭破坏,这不符合 爆破质点振动速度随距离增加
4、而减小的规 律。其原因,振动频率随距离而降低,远处低 频振波接近房屋的固有频率,房屋共振反应 强烈,所以远处振动效应加强,这主要是振动 频率不同所致。因而提出频率也作为爆破安 全判据之一,并在美国、 德国等早已将频率写 入安全爆破规程,近十年来许多国家也进行 试验研究。 113 爆破地震波持续时间 然而对震动持续作用时间的专题研究较 少,原因:爆破震动持续时间的危害作用主要 表现在结构反应进入非线性之后3,而反应 谱的显著缺点是它没有明确表示震动持续时 间,只考虑了线性反应中持续时间的影响,因 而试验研究很少,也未引起人们的重视。 震动持续时间的主要影响在于结构反应 一旦超过弹性极限后,可能发
5、生强度丧失,主 要表现为: (1)对于线性体系,强震持续时间的增加 将使地震动与结构反应出现较大值的概率明 显提高; (2)对于无退化的非线性体系,震动持续 1四川冶金 Sichuan Metallurgy 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/ 时间长使结构出现较大永久变形的概率提 高; (3)震动持续时间长的地震波的破坏能 力大。 实验表明3,震动持续时间从1S变为 50S ,破坏能力平均增大40倍。 实验证明:在地面质点振动速度值相同 的情况下,建、
6、 构筑物将会出现不同的振动频 率和振动持续时间。即使相同的建、 构筑物 在振速相同的条件下,不同的振动频率和振 动持续时间,对建、 构筑物的结构动力影响也 是不一样的。这是由于建、 构筑物种类繁多, 结构各异,爆破类型很多,起爆方式不一,爆 破条件和爆破地震波通过的介质情况复杂等 造成的。因此,研究爆破振动强度必须从内 因和外因两个方面作详细的试验研究。 2 爆破振动参量的主要影响因素 影响爆破地震波参数的因素非常多,要 在众多的影响因素中确定出主要因素,需要 比较各个因素对参量的影响程度,过去我们 通常是以振动速度、 频率为地震效应的主要 参数,也有提到振动的持续时间但唯数很少。 解放军理工
7、大学工程兵学院采用灰关联分析 方法4,对各因素的作用程度进行量化比 较。 211 系统特征参量的选择 爆破地震波参量中,除了振动的速度峰 值、 振动的主频以外,振动的持续时间对于建 (构)筑物的破坏也有重要作用,因此将这三 个参量作为系统特征,爆破工程参数中总药 量、 最大段药量和段数,各段之间的时间间隔 直接影响爆破地震的大小。 212 相关因素变量的选择 实践表明爆破现场到测点的距离和高度 差决定测到的爆破地震参量,所以,相关因素 变量包括总药量、 最大段药量、 段数、 距离和 高度五项。 213 灰关联矩阵的计算结果与分析 21311 计算结果:作者4对某核电站 土建施工中12次台阶爆破
8、的振动监测数据 进行了统计如表1 ,算出灰绝对关联度矩阵 如表2所示。 表1台阶爆破的计算和测定数据 序号总药量(kg) 最大段药 量(kg) 段数距离(m)高度(m) 峰值 (cm S- 1) 主频 (Hz) 持续时间 (ms) 1733875010395662. 692439. 63578 21000091817300660. 457210. 253048 3230013001810001330. 266781188 41800086425395370. 6350191038 51000098011200180. 520762188 618000115020900440. 10161759
9、0 740009607280440. 58429. 382788 8203826091606. 50. 431834618 91440310916000. 165116. 5650 1026411038300. 444522. 5898 11700144617000. 431853518 121536374828000. 177815. 13639 表2计算出的灰关联矩阵 灰关联矩阵 总药量 最大段 药量 段数距离高度 峰值V0. 520. 5600. 5220. 5460. 662 主频V0. 540. 6170. 5390. 5900. 815 持续时间0. 670. 5580. 7160
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- 爆破 地震 参量 振动 持续时间
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