爆破振动安全判据研究综述.pdf

第 2 7卷第 1 期 2 0 1 0年 3月 爆破 BLAS TI NG V0 1 ． 2 7 No ． 1 Ma r ． 2 0 1 0 D O I 1 0 ． 3 9 6 3 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 8 7 X ． 2 0 1 0 ． 0 1 ． 0 0 4 爆破振动安全判据研究综述 冰 罗 ， 卢 文 波 ， 陈 明 ， 舒 大 强 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室， 武汉 4 3 0 0 7 2 摘要 简要 回顾 了国内外爆破 振动安全判据的发展 历程 ， 综合分析 了岩石高边坡和地下洞室围岩的爆破 振动破坏机理、 动力稳定性评价方法和爆破振动对新浇混凝土影响等方面的研究现状与进展， 介绍了国内矿 山、 水电及核电行业采用的有关建 构 筑物、 岩石高边坡、 地下洞室围岩、 基岩以及新浇混凝土的主要爆破 振动安全判据标； 隹， 并与国外相关标准进行比较。分析讨论了以往爆破振动破坏机理研究中存在的问题以 及现有爆破安全判据中的不足， 如未对爆破地震波作用下岩体中波的传播问题和边坡动力响应问题的不同 破坏机理加以区分， 现有爆破振动安全判据中未对振动频率和持续时间的影响加以考虑等。 关键词 爆破振动； 安全判据； 质点峰值振动速度； 频率 中图分类号 T D 2 3 5 ． 4 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 0 0 1 0 0 1 40 9 Vi e w o f Re s e a r c h o n S a f e t y Cr i t e r i o n o f Bl a s t i n g Vi b r a t i o n LUO ， LU We n b o， CHEN M i n g， S HU Da - q i a n g S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r E n g i n e e r i n g S c i e n c e ， Wu h a n U n i v e r s i t y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 2 ， C h i n a Abs t r a c t T h e d e v e l o p me n t o f t h e s a f e t y c ri t e ri o n o f b l a s t i n g v i b r a ti o n i s b ri e fl y r e v i e w e d ． T h e s t a t e a n d a d v a n c e i s i n t r o d u c e d a n d a n a l y z e d i n t h e me c h a n i s m o f f a i l u r e o r d a ma g e i n d u c e d b y b l a s t i n g v i b r a t i o n， t h e a n a l y s i s me t h ods o f d y n a mi c s t a b i l i t y f o r r o c k s l o p e s a n d s u r r o u n d i n g r o c k ma s s o f u n d e r g r o u n d c a v e r n s u n d e r b l ast i n g v i b r a t i o n， a n d t h e i n fl u e n c e o f b l a s t i n g v i b r a t i o n o n e a r l y a g e d c o n c r e t e， e r e ． T h e s a f e t y c ri t e ri a o f b l asti n g v i b r a t i o n f o r h i g h r o c k s l o p e， u n d e r gro u n d c a v e r n s ， f o u n d a t i o n r o c k ma s s a n d e a r l y a g e d c o n c r e t e a d o p t e d b y mi n i n g i n d u s t r y ， h y d r o po w e r a n d n u c l e a r p o w e r e n g i n e e ri n g i n C h i n a a r e p r e s e n t e d， a n d c o mp a r e d w i t h t h o s e e mp l o y e d a b r o a d ． Ma i n p r o b l e ms e x i 8 t i n t h e s t u d y o f t h e d a ma g e me c h a n i s m i n d u c e d b y b l a s t i n g v i b r a t i o n a n d d e fi c i e n c i e s o f t h e c u r r e n t l y a d o p t e d s a f e - t y c ri t e ri a a r e a n a l y z e d a n d d i s c u s s e d ， s u c h as t h e r e i s ma d e n o d i s t i n g u i s h b e t w e e n t h e d i ff e r e n t d a ma g e me c h an i c s i n d u c e d b y t h e p r o p a g a t i o n o f b l a s t i n g s e i s mi c i n r o c k ma s s a n d b y t h e d y n a mi c r e s p o n s e o f r o c k s l o p e ， and t h e a - d o p t e d s a f e t y c ri t e r i a wi t h o u t c o n s i d e ri n g t h e i n f l u e n c e o f v i b r a t i o n fr e q u e n c y a n d d u r a t i o n a n d S O o n ． Ke y wo r ds b l a s t i n g v i b r a t i o n ；s a f e t y c ri t e ri o n；p e a k p a r t i c l e v e l o c i t y ；f r e q u e n c y O 引言 岩石爆破开挖时， 也带来了一定的负面效应 ， 如 收稿 日期 2 0 0 9一I 1 一l 2 作者简介 罗忆 1 9 8 4一 ， 男 ， 武汉大学水 电学 院博士研究生 ， 主 要从事与爆破开挖相关的岩石动力学问题方面的研究工 作。 E - m a i l a l l i e l a w q q ． c o m。 基金项 目 国家 “ 十一五” 科技支撑计划 2 0 0 8 B AB 2 9 B 0 1 ； 雅 砻江水 电开发联合研究基金 5 0 6 3 9 1 0 0 ； 国家 自然科学 丛金 而 上项 目 5 0 7 7 9 0 5 0 爆破地震效应 、 空气 冲击波效应 、 爆破飞石、 噪音、 有 毒气体 以及爆破诱发地震等等， 其中， 以爆破地震效 应为各负面效应之首， 它在影响周围环境和建 构 筑物的同时 ， 也对工程本身的安全性 和耐久性产生 不利的影响。 因此， 为了使工程施工顺利进行， 需要制定合理 的爆破振动安全判据来指导爆破作业。由于各行业 中爆破作业方式的不同， 以及对建 构 筑物保护的 第 2 7卷第 1 期 罗忆 ， 卢文波， 陈明， 等爆破振动安全判据研究综述 1 5 要求不 同， 所制定 的爆破振动安全判据也不同 。 1 爆破振 动安全判据 1 ． 1 临近建 构 筑物的爆破振动安全判据 爆破地震波引起地 面振动 ， 通过基底传递 给建 构 筑物 ， 爆破振动作用下建 构 筑物是否出现破 坏 ， 实质上是结构振动 问题。大多数国家普遍采用 爆破振动速度作为建 构 筑物 的安全 判据 。目前 一 些发达国家开始 同时考虑质点振动速度和爆破振 动频率 2个 因素， 制定了基于频率一 振速双因素的爆 破振动安全判据。 如美国矿业 局 U S B M 和露 天矿复 垦管理 局 O S MR E 制定 的爆破振动安全判据 、 德 国的爆破振 动安全标准 D I N 4 1 5 0 、 瑞士的爆破振动安全判据、 英 国爆破振动安全标准 B S 7 3 8 5 、 英 国噪音顾 问 协会 A N C 提出的爆破振动破坏判据、 爱尔兰 国家 公路部 f - j N R A 提出的爆破振动破坏判据 表 1 ， 印度矿山安全总局 D G M S 提 出的爆破振动破坏判 据 表2 以及我国的 爆破安全规程 c B 6 7 2 2 2 0 0 3 都将爆破地震波 的频 带划分 为若 干段 ， 提 出了各频率范围中的允许振动速度 。各国标准普遍 给出了不 同类型建 构 筑物的爆破安全允许 振动 速度 ， 综合反映了建筑物类型和重要性程度、 爆破场 地和建筑物基底场地的特性 ， 英 国 A N C的标准还针 对破坏程度的不同提出了相应 的判据。 表 1 公路 施工允许振动速度 Ta b l e 1 Al l o wa b l e b l a s t i n g v i b r a t i o n v e l o c i t y i n r oa d c o ns t r uc t i on i n I r l a nd 表 2印度 DG MS规定的爆破振动安全标准／ c m s Ta b l e 2 S a f e t y s t a n d a r d s o f b l a s t i n g vib r a t i o n s u g g e s t e d b y DG MS o f I n d i a ／ e m s 1 ． 2 岩石高边坡的爆破振动安全判据 一 般认为 ， 爆破振动从下面 3个方面影响岩质 高边坡 的稳定性 1 “ 附加荷载” 作用 ， 爆 破振动惯 性力作用使坡体下滑力增大 ， 导致边坡的动力失稳 ； 2 “ 弱化” 作用， 爆破振动荷载反复作用， 导致岩体 结构面抗剪强度参数降低 ； 3 爆破振动荷载改变了 地下水 的状态 ， 从而直接或 间接地影响滑面处的抗 滑能力 。目前 ， 国内外普遍运用极限平衡法、 反应谱 法、 动力有限元和离散元方法等来分析岩石高边坡 爆破振动动力稳定性。 在运用极限平衡分析法对边坡的动力稳定性进 行分析时 ， 主要采用拟静力法和时程分析法处理爆 破振动荷载。 其 中， 拟静力法将爆破振动惯性力等效为作用 在边坡条块上的静力 ， 同时忽略爆破振动相位对稳 定性的影响。杨桂桐在国内较早采用了拟静力法来 研究高边坡爆破开挖的动力稳定性问题 4 J ， 甄胜利 和张永哲等在爆破地震等效力的计算中考虑了爆破 地震波的波长及滑体的尺度效应 ， 以消除爆破地 震波的频谱特性对边坡动力稳定性计算的影响。陈 明等则基于 R a y l e ig h波传播的波动理论 J ， 通过分 析边坡振动频率与位移 、 振加速度 和边坡 应力 间的 关系， 提出了不同爆破振动频率下 的等效加速度计 算方法。另一方面 ， 卢文波、 阎坤等考虑到爆破振动 在传播过程中I S - 9 ] ， 作用在边坡体各条块上的爆破振 动的惯性力大小和方 向都是不断变化的， 提出了基 于时程分析的边坡振动动力稳定性分析方法 ， 从而 体现了爆破地震波传播过程 中的衰减、 频谱结构特 性及相位差等因素对边坡稳定性的影 响； 许红涛等 基于刚体极限平衡分析法中的 S a r ma法_ 】 。 。 ， 进一步 完善了时程分析法。 极 限平衡法能给出直观评价边坡稳定性 的安全 系数 ， 但是它需要事先假定滑动面， 所以不一定能准 确的反映出边坡的最危险情况。而国内有学者曾尝 试利用地震反应谱理论来分析岩质边坡爆破振动的 动力稳定性问题 ， 然而该方法得到的是边坡动力 响 应 的相对峰值 ， 其结果偏于保守。近年来 ， 利用动力 有限元法和离散元法来分析岩石高边坡的爆破振动 动力稳定性得到了很好的发展 l l - 1 2 ] 。 国内外确定岩石高边坡爆破振动安全 阈值 的主 要方法是根据稳定性安全系数来评价爆破振动荷载 作用下的边坡动力稳定性 ， 再分析稳定性安全系数 与质点峰值振动速度或加速度的关系。有学者通过 边坡动力响应计算 ， 并分析位移或动拉应力与振速 的关系 ， 来确定岩石高边坡的允许爆破振动速度。 由于质点振动速度最能直接反映边坡的动力响 应 ， 故在实际工程中被用作岩石高边坡的爆破振动 安全判据 。一般在工程实践 中， 会针对现场地质条 l 6 爆破 2 0 1 0年3月 件， 结合现场实验 、 爆破振动及损伤监测 ， 依靠工程 类 比确定允许爆破振动速度。美 国的 S a v e l y ， 根 据多个矿山边坡 的现场调查 ， 针对不同损伤程度 ， 提 出了相应的允许质点峰值振动速度 ， 见表 3 。国内 矿山部门采用的允许爆破振动速度见表 4 。 表 3 S a v e l y提出的矿山边坡质点峰值振动速度临界值／ e m s b I e 3 C r i t i c a l b l a s t i n g v i b r a t i o n v e l o c i t y f o r r o c k s l o p e s o f o p e n mi n e s p r o p o s e d b y S a v e l y ／ 锄 S 一 ● 岩体损伤表现 损伤程度 质点峰值振动速度 斑岩 页岩 石英质中长岩 表 4 长沙矿冶研究院建议 的矿 山边坡允许爆破振动 速度 T a b l e 4 S a f e t y b l a s t i n g vibr a tio n v e l o c i t y f o r o p e n m i n e s p r o p o s e d b y C h a ng s h a M i n i n g a n d M e t a l l u r g i c a l Re s e a r c h I n s t i t u t e 在国内的爆破振动效应研究 中， 水电边坡总是 与矿山边坡相互类 比。然而需要指出的是 ， 国内矿 山边坡的允许爆破振动速度一般侧重于防止边坡坡 脚岩体的开裂 ， 而水电工程边坡一般考虑边坡 的动 力稳定性。国内部分水电工程边坡开挖中采用的允 许爆破振动速度见表 5 。 表 5 国 内部分水 电工程边坡允许爆破振 动速度 Ta b l e 5 S a f e t y b l as t i n g v i b r a t i o n v e l o c i t y a d o p t e d for r o c k s l o p e s o f s o me h y d r o p o w e r p r o j e c t s 工程名称 部位 允许峰值质点 岩性 振动速度／ c m -s 譬 长 看 峡 永 久 船 闸 边 坡 篓 蓥 蓬 量 兰 1。5 22。0 1 ． 3 地下洞室围岩的爆破振动安全判据 在地下采矿 、 水 电站地下厂房 、 核废料深埋处置 等工程中， 广泛存在地下洞室围岩的爆破振动动力 稳定性问题。 目前各国对隧洞围岩也以振动速度作 为爆破振动安全评判指标 ， 我国也是如此 J 。 目前， 地下洞室围岩爆破振动安全判据的研究 主要涉及爆破振动的衰减与分布规律 ， 爆破振动对 不良洞段围岩、 邻近的锚固结构、 喷射混凝土和永久 混凝土衬砌等的影响【 1 4 - 1 5 ] 。在大跨度地下厂房开挖 中， 则主要关注下层开挖爆破振动对厂房顶拱 、 两侧 高边墙和岩锚 吊车梁的影响 1 6 - 1 7 ] 。其 中， 关于爆破 振动对邻洞的影响研究较多， 而关于对本洞的研究 则相对较少。 边克信建议采用一维应力波理论 引， 根据岩石 抗拉强度或岩石拉伸极限应变推算临界振动速度 ； 朱瑞赓等则提出以岩体动力强度与隧洞所受动 引、 静应力之和相平衡来确定爆破振动影响下无衬砌隧 洞出现不同破坏时隧洞围岩的临界振动速度的计算 方法。近年来 ， 在隧道 围岩的爆破振动动力稳定性 分析与评价中， 也开始广泛采用动力有限元等数值 方法 。 实际工程中， 考虑到地下工程岩体 以及爆破振 动荷载作用过程 的复杂性 ， 仍主要依据现场实验和 工程类 比来确定允许爆破振动速度。许多学者通过 现场试验来确定 围岩开裂或局部掉块条件下的爆破 振动速度临界值 ， 发现对于不同岩性对应 的临界值 相差不大， 实际应用时 ， 将临界值按照一定安全度进 行折减来作为工程允许控制标准。 1 ． 4 基岩 的爆破 振动安 全判据 爆源近中区岩体破坏主要是由爆炸冲击波和应 力波所导致的。通常， 利用应力波理论来确定波动 问题下基岩开裂的爆破振动安全判据， 如根据岩石 抗拉强度反求临界振动速度， 或者根据岩石拉伸破 坏的极限应变值反求临界振动速度。由应力波理论 可推知 ， 质点峰值振动速度与岩体的动应变或动应 第 2 7卷第 1 期 罗忆， 卢文波， 陈明， 等爆破振动安全判据研究综述 1 7 力问有对应关系， 故， 可由岩体的动力强度或极限拉 伸应变确定其允许质点峰值振动速度门槛值。 通过爆前爆后岩体 中新增裂隙调查、 声波对 比 测试等手段， 许多学者提出了基岩开裂的质点峰值 振动速度判据。L a n g e f o r s 和 K i h l s t r o m把 6 0 c m ／ s的 峰值质点速度 作为岩 石形成新 裂缝 的临界值 ； H o l mb e r gP e r s s o n认 为硬质基 岩的质点 峰值 振动 速度安全上限为 7 0～1 0 0 c r n ／ s ； 表 6和表 7分别为 B a u e r C a l d e r 和 Mo j i t a b a i ＆ B e a t t i e 提 出的岩体爆 破损伤质点峰值振动速度安全判据 玎 。 表 6 岩石爆破损伤的质点峰值振动速度临界值 Ta b l e 6 Cr i t i c a l p e a k p a r t i c l e v e l o c i t y o f b l a s t i n g v i b r a t i o n a d o p t e d f o r b l a s t - i n d u c e d d a m a g e c o n t r o l 、 值振 、 岩体损伤效果 速度／ c m s ⋯ ⋯⋯ ～ 25 4． 0 完整岩石不会致裂 产生轻微的拉伸层裂 严重的拉伸裂缝 及一些 径 向裂缝产 生 岩体完全破碎 表7 岩石爆破损伤的质点峰值振动速度临界值 Tab l e 7 Cr i t i c a l pe a k pa r t i c l e v e l oc i t y o f bl as t i n g v i br at i on a do pt e d for bl a s t i nduc e d da ma ge c ont ro l 1 ． 5新浇混凝土的爆破振动安全判据 为了解决水电和核电建设领域爆破开挖和混凝 土浇筑 间的并行施工影响问题 ， 于 2 O世纪 7 0年代 开始研究爆破振动对新浇混凝土的影响。H u l s h i z e r 等人开展了系列试验 ， 表明新浇筑混凝土可以承 受质点峰值振动速度超过 5 c m ／ s的爆破振动作用 而不致产生损伤 ， 并且认为可 以提高现有 的爆破振 动控制标准 ； 而 D a v i d s a v o r等利用现场养护试件 的 动力试验表明 ， 未终凝 的混凝 土可承受 1 1 ． 2～ 2 7 ． 6 c m ／ s 的爆破振动作用而不会发生明显 的强度 降低。 我国朱传统等针对大坝基础混凝土的爆破振动 影响控制 ， 结合葛洲坝 、 大化、 万安和隔河岩等工 程的现场观测及试验资料分析， 并参考 国外 的有关 经验， 提出了以质点峰值振动速度为判据 的新浇大 体积混凝土的爆破振动控制标准 ， 该研究成果成为 编制 水工 建筑 物岩石基础 开挖工 程施工 技术规 范 s I 4 7 _9 4 的重要基础 ， 见表 8 。 表 8 新浇大体 积混凝土的爆 破振 动安全允许标 准 Ta b l e 8 Co n t r o l c r i t e r i o n o f b l a s t i n g v i b r a t i o n v e l o c i t y a dop t e d for e ar l y a g e d c on c r e t e pr o po s e d by S I 7 4 黄琦等利用混凝土试块模拟井壁振动试验 引， 研究了爆破振动对混凝土衬砌的影 响， 获得 了允许 爆破振动速度与不同龄期混凝土强度的关系。卢文 波和陈明则推导了 R a y l e i g h面波作用下新浇筑大坝 基础混凝土安全振动速度计 算的理论公 式 。 。 ， 并 定量分析了影响爆破振动控制标准 的主要 因素。 表 9 新浇混凝土的爆破振动安全允许 标准／ c m s Ta bl e 9 Co nt r o l c r i t e r i o n o f bl a s t i ng vibr at i on v e l o c i t y a d o p t e d f o r e a r l y - a g e d c o n c r e t e ／ c m s 水 电水 利 工程 爆 破施 工 技 术 规 范 D L ／ T 5 1 3 5 O 0 1 对基础灌浆和砂浆粘结型预应力锚 索 锚杆 采用 的允许爆破振动速度进行 了专 门的 描述 ， 见 表 9 。 爆 破 安 全规 程 C B 6 7 2 2 2 0 0 3 和 水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术 规 范 D L ／ T 5 3 8 9 2 o 0 7 均 较 S I A7 _ 9 4 和 D L ／ T 5 l 3 5 _2 0 O 1有一定的放宽 。 由于爆破振动对新浇筑混凝土影响问题本身的 复杂性及现场破坏性试验方面的限制 ， 新浇筑混凝 土安全振动速度标准主要是通过相关工程经验的总 结来确定。国外 的一些室 内外试验结果表明， 现行 的新浇筑混凝土爆破安全振动速度具有相当大的安 全储备 。表 l O 、 表 1 1分别 给出了国内外 实际工程 中的新浇混凝土的允许爆破振动速度 ， 相 比之下我 爆破 2 0 1 0年 3月 国标准偏于保守。 表 1 0 国内部分水电工程新浇混凝土允许爆破振i 壹 _／ c m s T a b l e 1 0 S a f e t y b l a s t i n g vib r a ti o n v e l o c i t y a d o p t e d f o r e a r l y a g ed c o n c r e t e o f 8 0 ／ l i e C h i n e s e h y d r o pow e r p r o j e c t s ／ c m S 表 1 l 国外部分水电工程新浇混凝土允许爆破振i c m s Ta b l e 1 1 S a f e t y b l a s t i n g v i b r a t i o n v e l o c i t y a d o p t ed f o r e a r l y - a g e d c o n c r e t e i n for e i g n h y d r o p o w e r p r o j e c t s ／ c m s 1 ． 6 核电工程中的爆破振动安全判据 我国的核电基地建设通常是分期投资建成的， 因此， 存在着后期核 电建设过程中的爆破振动对先 期核电设施的影响问题 。由于核电设施对安全性的 要求非常高 ， 为 了避免留下事故隐患， 必须将核电设 施的爆破振动强度限定在一定的阈值内。 目前核电设施的地面振动控制大多沿用天然地 震的控制阈值， 因此许多学者在核 电站爆破振动监 测和地震波衰减参数分析方面做了大量工作 ， 以制 定更适合核电行业的爆破振动安全判据。我国部分 核电站采用的爆破振动安全判据- 3 粥引， 如表 l 2 。 表 1 2 我国部分核电站采用的爆破振动安全判据 T a b l e 1 2 Co n t r o l c rit e r i o n o f b l a s t i n g v i b r a t i o n a d o p t ed i n s o m e n u c l e a r p o w e r p r o j e c t s 工程名称 保护部位 安全判据 大亚湾核电站 核反应堆 核岛 o ≤O ． O 1 g 秦山核电站一期 核反应堆 核岛 』4 ≤Q 0 3 g 秦 山 核 电 站 二 期 核 皇 鬻 、 、 滤 删． 0 2 7 g 网控楼 ～⋯一 。 田湾核电工程一期 岭澳核电工程二期 阳江核电项 目 2 麓 删 ．∞ g 筑 物 、控 制 室 设 备 ⋯ ⋯ 。 厂区最终边坡 V 2 4 c m ／ s T B厂房 l ， ≤O ． 2 c m ／ s 边坡 ≤1 0 c m ／ s 如前所述， 国外如H u l s h i z e r 等人针对核电建设中 新浇筑混凝土基础的爆破振动影响控制问题， 开展了 系列室内和现场试验， 以确定爆破振动对核电工程中 新浇混凝土的安全判据。国内， 如娄建武等针对核电 站建设中短龄期混凝土强度容易受到附近爆破振动的 影响 ， 进行了一系列有针对性的模型实验， 以确定在 建核岛新浇灌混凝土强度所能承受的最高爆破振动速 度值。许多专家根据国内外核电工程建设的实践经 验， 采用了不同的爆破振动安全判据【 引， 如表l 3 。 表 1 3 国内部分核电工程新浇混凝土允许爆破振动速度 T a b l e 1 3 S a f e t y b l a s ti n g v i b r a t i o n v e l o c i t y a d o p t e d f o r e a rl y a g ed c o n c ret e o f s o me n u c l e a r pow e r p r o j ect s 工程名称 保护部位 龄期 安 ／ 全 cm 振 动 s 速 -l度 2 值得进一步讨论的几个问题 由前面的论述可以看出， 针对爆破振动控制， 国 内外已经做了大量的研究工作 ， 并提出了相应的爆 破振动安全判据 ， 尤其是我国爆破安全规程和行业 规范规定的爆破振动安全判据 ， 在确保矿山、 水 电、 核电等工程中的爆破振动安全方面发挥了重要作 用。然而， 在应用相关爆破振动安全判据的工程实 践中， 仍存在以下问题值得讨论 。 2 ． 1 区分不同爆破振动破坏的机理与类型 波传播 引起 的动力 破坏 和 地震 波作 用 下建 构 筑物的振动响应破坏属于不同的力学机制， 而 这一点在现有爆破振动安全判据的确定和使用过程 中并没有体现 出来 。实 际上， 诸如爆破地震波作用 产生的基岩 、 岩石高边坡或地下洞室围岩的开裂属 于地震波的波动问题 ； 而爆破振动作用下的房屋等 建 构 筑物损伤 ， 边坡和地下洞室的动力失稳等则 属于建 构 筑物的振动响应问题。 爆破地震波的不 同类型和地震波 同各种界面的 相互作用问题也没有在爆破振动机理研究、 爆破振 动安全判据的确定和使用过程中得到区分。在爆源 近区或岩体内部， 爆破地震波的能量构成主体为 P 波和 s波 ， 因此也是产生爆源近 区基岩开裂 和邻近 洞壁冲击破坏的原因 ； 而在爆源的中远区， 爆破地震 第 2 7卷第 1 期 罗忆， 卢文波， 陈明， 等爆破振动安全判据研究综述 1 9 波的能量主要 由面波携带 ， 如 R a y l e i g h面波就通常 涉及对新浇基础混凝土和高边坡爆破振动稳定性 的 影响问题 。层裂或痂片等动力破坏现象 ， 就是因为 地震波遇 到临空 面或软 弱结构面时发生应 力波反 射 ， 引起动拉应力而导致 的。 不 同的爆破振动破坏机理 和爆破地震波类型， 会导致相应的爆破振动安全判据的很大不同 ； 而在 实际工程中不 同破坏机理或不同类型爆破地震波对 应的爆破振动安全判据间的混用 ， 更 可能严重影响 工程安全 、 质量和效益。 2 ． 2 更广泛的采用振动速度． 频率双因素判据 随着工程实践的发展 ， 国外在 以房屋为主 的建 构 筑物爆破振动安全判据 的制定 中已开始 考虑 爆破振动频率的影响 ， 然而 ， 由于结构动力响应特性 的复杂性 ， 国内外针对岩石边坡 、 } 同室围岩和新浇混 凝土等构筑物的爆破振动安全判据均只采用单一的 允许质点峰值振动速度 ， 未能充分体现爆破频率 的 影响。国内学者如唐春海等提出了考虑频率因素的 矿山巷道和隧洞允许爆破振动速度标准 ； 吴德伦 等建议在水 工隧道 、 下水 管道 、 地下洞 室和地 下 构筑物的爆破振动安全判据 中， 分不 同频率段给出 相应的临界振动速度 。 另外 ， 各 国的爆破振动安全标准在考虑频率 因 素时都是 以单一主频来考虑 ， 却 没有考虑多个频带 共同作用的影响。然而 ， 爆破振动信号频频带非 常 广 ， 应分析研究对地震波信号 的频率成分进行精细 分析 ， 考虑多个频带的共同影响 。 2 ． 3 考虑持 续 时 间爆 破振 动安全 判 据的影 晌 为降低各施工工序 的干扰 、 提高一次爆破 的规 模 ， 在我 国西南峡谷地区的岩石高边坡开挖中 ， 往往 采用大区域微差接力起爆 网路 ， 从而直接导致爆破 振动持续时间延长到数秒甚至更长。近年来 ， 由于 应用 了电子雷管及其起爆系统， 增加了起爆的段数 ， 爆破引起的质点峰值振动速度得 以有效降低 ， 然而 却可能延长了爆破振动持续时间。爆破振动响应及 破坏与振动的幅值 、 频率、 持续时间和结构本身的振 动特性等综合因素有关 ， 爆破振动持续时间的增长， 必然 引起 相应 的结构 动力 学特 征 的改变 。然 而针对 这一问题 ， 国内外并没有系统的研究报道。 另一方面 ， 由于岩土介质的粘滞特性 ， 爆破地震 波的主振频率随着传播距离的增大而降低、 振动波 型的持续时问变长 ， 爆破振 动在爆源 中远区叠加 问 题严重， 建筑物产生共振的可能性增大， 这可能导致 出现邻近爆源 的建 构 筑物没有发生爆破振动损 伤或失稳 ， 但远区的建筑物却 出现爆破振动动力失 稳的现象。 2 ． 4考虑不同结构自身抗振特性 从以上各标准中不难看出 允许的标准值正在 向更严格的趋势发展 ； 安全评价标准也更加科学合 理 ； 而制定允许标准时， 也趋于考虑更多的爆破振动 特征 ， 正如越来越多 的规 范中考 虑了频率 的影 响。 然而 ， 现行的爆破安全标准仍未将受控建 构 筑物 自身的工程特性考虑在 内。而事实上 ， 爆破振动产 生的破坏效应 不仅取决 于振动 荷载 的特 征 如振 速 、 频率等 ， 还取决 于建 构 筑物 固有特性 如 固 有频率和阻尼 比 。 尽管各国的爆破振动安全判据都将被保护的建 构 筑物进行了简单的分类 ， 然而这种分类并不能 完全体现建 构 筑物 的固有特性。例如 ， 高大烟 囱、 高塔结构的破坏主要受低频部分振动强度的影 响， 而低矮房屋的破坏主要受较高频部分振动强度 的影响。地面振动的峰值 、 频率和持续时问三 因素 的影响大小也随工程结构特性而异 ， 随工程结构 的 破坏程度而异 。赵 明生等提 出建立 响应速度做 为爆破振动安全判据 比振速． 频率相关 的双 因素判 据更加有效 引。刘满堂等认为在研究多层建筑对 爆破地震波 主频率 的响应特性 时 ， 可 以采 用 13 本、 美 国以及我国 抗震规范 中的经验公式计算建 筑物 自身的基本周期 。而中国生等认为基于小波分 析的响应能量判据能 同时反 映爆破振动 的强度、 频 率和持续时间以及受控建 构 筑物固有振动响应 特性等因素的综合影响 引。但是 ， 计算多层建筑基 本周期 的经 验 公式 尚未 被推 广 到其 他类 型 的建 构 筑物； 在各种新判据 的建立 中， 各种结构类型 建 构 筑物响应能量的破坏阈值 ， 还有待大量爆破 振动实测数据来确定 ， 故对 于不 同结构类型 自身抗 振特性 的研究还有待进一步发展。 2 ． 5 新 浇 混凝 土的爆破 振动 安全 判据 一 般认为 ， 随着混凝土龄期 的增长 ， 其允许的质 点振动速度越大 ， 然而 ， 龄期大于 7 d的大体积混凝 土中可能出现温度拉应力 ， 将使混凝土 的允许爆破 振动速度降低 。另一方面 ， 新浇混凝土 的允许爆破 振动速度标准与其结构类型和动力特性密切相关。 不同类型的新浇混凝土结构的动力特性间存在显著 差异 ， 从而导致这些结构的抗振能力有很大不同 如 砂浆锚杆的安全振动速度标准要远大于新浇筑大坝 基础混凝土的值。故 ， 有必要针对不 同的新浇混凝 土结构类型、 特征、 混凝土的龄期及其所承受的爆破 振动荷载特性 ， 综合确定新浇混凝土的爆破振动控 制标准。 爆破 2 0 1 0年 3月 而在核 电工程中， 新浇混凝土的安全还涉及到 不同部位的结构破坏而带来的潜在危害 ， 针对结构 重要程度的不同应确定相应的爆破振动控制标准