竖向钻孔爆破激发振动波频率的衰减特征.pdf

第3 6 卷第1 期 爆破 V 0 1 ．3 6N o ．1 2 0 1 9 年3 月B L A S T I N G M a r ．2 0 1 9 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 9 ．0 1 ．0 0 3 竖向钻孑L 爆破激发振动波频率的衰减特征术 周俊汝l a , 2 ，卢文波2 ，钟冬望l a , lb ，吴亮岫，肾嵌尔3 ，杨文光仆 1 ．武汉科技大学a ．资源与环境工程学院，武汉4 3 0 0 8 0 ；b ．理学院，武汉4 3 0 0 6 5 ； 2 ．武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室，武汉4 3 0 0 7 2 ； 3 ．中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆4 0 1 1 2 1 摘要如何基于频率有效控制爆破地震效应是近年来爆破工程中的热点问题。基于弹性波动理论，借助 动力有限元算法，将竖向钻孔爆破中长柱药包等效为多个单元短柱药包迭加，首先了推导H e e l a n 短柱单元 激发应力波频域内解析解，根据单元短柱药包解析解的迭加模型，研究了竖向钻孔爆破激发的振动波频率衰 减特征。结果表明高频对应幅值衰减快于低频对应幅值，爆破振动频谱曲线整体向低频方向偏移，由于高 低频对应速度幅值衰减速度的差异和速度幅值谱的多峰结构，主频衰减过程中发生突变，如考虑自由面对地 震波传播的影响，主频衰减过程中有波动；质心频率的衰减规律相对平滑稳定。爆破振动主频衰减特征研究 为基于频率评价爆破振动安全提供了理论依据。 关键词钻孔爆破；频谱特性；衰减规律；理论分析；数值模拟 中图分类号T D 2 3 5文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 9 0 1 0 0 1 4 0 7 A t t e n u a t i o nC h a r a c t e r i s t i c so fV i b r a t i o n F r e q u e n c yI n d u c e db yV e r t i c a lB o r e h o l eB l a s t i n g Z H O UJ u n ．r l t l8 ”，L UW e n ．b 0 2 ，Z H O N GD o n g ．w a n 9 1 8 岫，形UL i a n g 仆， L E N GZ h e n d o n 9 3 ．Y A N GW e n g u a n 9 1 “ 1 ．W u h a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，a ．S c h o o lo fR e s o u r c ea n dE n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g ，W u h a n4 3 0 0 8 0 ，C h i n a ；b ．C o l l e g eo fS c i e n c e ，W u h a n4 3 0 0 6 5 ，C h i n a ； 2 ．K e yL a b o r a t o r yo fR o c kM e c h a n i c si nH y d r a u l i cS t r u c t u r a lE n g i n e e r i n gM i n i s t r y o fE d u c a t i o n ，W u h a nU n i v e r s i t y ，W u h a n4 3 0 0 7 2 ，C h i n a ； 3 ．C h i n aG e z h o u b aG r o u pE x p l o s i v eC oL t d ，C h o n g q i n g4 01121 ，C h i n a A b s t r a c t C o n t r o l l i n gt h ea d v e r s es e i s m i ce f f e c t s i nt e r m so fd o m i n a n tv i b r a t i o nf r e q u e n c yi soneo ft h ek e y p r o b l e m su r g e n t l yt ob es o l v e di nt h ef i e l do fb l a s t i n ge n g i n e e r i n g ．T h ec y l i n d r i c a lc h a r g ei nv e r t i c a lb o r e h o l ew a sd e p o s e di n t os e v e r a ls m a l lc o l u m nc h a r g eu n i t s ．T h ea n a l y t i c a ls o l u t i o ni nt h ef r e q u e n c yd o m a i no fs t r e s sw a v ef l i e di n d u c e db ys m a l lc y l i n d r i c a lc h a r g ew a sd e r i v e da c c o r d i n gt ot h ew a v em o t i o nt h e o r yf i r s t l y ．T h e nt h ea m p l i t u d es p e c t r u me x p r e s s i o no fb o r e h o l e b l a s t i n gv i b r a t i o nw a sd e r i v e db yt h es u p e r p o s i t i o nm o d e lo fs m a l lc y l i n d r i c a lc h a r g e ．U s i n gt h em e t h o d so ft h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，t h ea m p l i t u d es p e c t r u ma n a l y s i so fb o r e h o l e b i a s r i n gv i b r a t i o nw a sc o n d u c t e da n dt h ea t t e n u a t i o nl a wo fd o m i n a n tf r e q u e n c yo fv i b r a t i o nw a sr e v e a l e d ．T h er e s u l t si l l u s t r a t et h a tt h ea m p l i t u d eo fs e i s m i cw a v e sc o r r e s p o n d i n gt oah i g h e ra t t e n u a t i o nt e r ma t t e n u a t e sm o r eq u i c k l y ，t h u s t h ea m p l i t u d es p e c t r u mm o v et o w a r d st h el o w e rf r e q u e n c yd i r e c t i o n ．T h ed o m i n a n tf r e q u e n c ya t t e n u a t e sv e r s u st r a v e l d i s t a n c ea n dar a p i dd r o po fd o m i n a n tf r e q u e n c yo c c u r sd u r i n gp r o p a g a t i o no fs e i s m i cw a v e s ．R e a s o n sf o rt h ea n s m o o t ha t t e n u a t i o no fd o m i n a n tf r e q u e n c yi sr e v e a l e d ．M o r e o v e r ，t h ep r e s e n c eo fo n ef r e ef a c ei nt h es u r r o u n d i n gr o c k m a s sl e a d st of l u c t u a t i o n sd u r i n gt h ea t t e n u a t i o no fd o m i n a n tv i b r a t i o nf r e q u e n c y ．T h ec e n t r o i df r e q u e n c ya t t e n u a t e s 万方数据 第3 6 卷第l 期 周俊汝，卢文波，钟冬望，等竖向钻孔爆破激发振动波频率的衰减特征 1 5 s m o o t h l yw i t h o u ta n yd r o po rf l u c t u a t i o n ．T h es y s t e m a t i c a lr e s e a r c hw i l lp r o v i d et h er e l i a b l e t h e o r e t i c a lg u i d a n c et o i m p r o v et h ea c c u r a c yo fb l a s t i n gv i b r a t i o ns a f e t ye v a l u a t i o n ． K e yw o r d s b o r e h o l eb l a s t i n g ；f r e q u e n c ys p e c t r a lc h a r a c t e r i s t i c s ；a t t e n u a t i o nl a w ；t h e o r e t i c a ls o l u t i o n ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 随着对爆破振动危害控制要求的提高，研究发 现汉以振动速度作为爆破振动安全评价标准存在弊 端，越来越多的爆破安全判据将振动主频作为评价 标准之一【l 。3J ，揭示爆破振动频率的衰减规律是控制 爆破地震效应的重要基础。 相比于爆破振动速度的丰硕研究成果，主频的 研究仍处于发展阶段。近年来多位学者通过现场试 验方法，分析了爆破振动频谱特性与主频衰减规 律H 引。S h a r p eJA 研究了药量对爆破振动频率的 影响，指出小药量爆破振动信号含有更丰富的高频 成分，大药量的爆破振动信号主频较小药量更 低一。。田运生等通过现场试验，综合研究爆心距、 装药量、起爆方式和高程对爆破振动频谱结构的影 响，结果表明随爆心距的增大，低频带对应能量较高 频带对应能量衰减速度慢，爆破振动主频域变窄，向 低频方向移动⋯。石长岩等对矿山开采的实际生 产爆破振动信号进行频谱分析，验证了爆破振动信 号频域随爆心距的变化特征。现有关爆破振动频率 衰减特征的研究多是基于实测爆破振动信号的定性 分析，缺少理论研究和定量分析1 I 。 卢文波等基于球面波传播理论，分析了球药包 爆破振动主频的衰减机制，对于钻孔爆破，利用数值 模拟进行了初步探索2 I 。较之球药包，竖向钻孑L 爆 破的柱状装药工况显然更加复杂，尚未形成系统的 柱药包爆破振动场频域理论研究体系。H e e l a n 推 导了短柱药包爆破激发应力波场的时域解析解‘13 I ， 为分析钻孑L 爆破振动波频域特性提供了思路；此外， 钻孔爆破一般存在自由面，不是在无限岩体中，因此 不能忽略自由面的影响，计算颇为复杂4 I 。 基于已有的研究基础、针对研究现状的不足，本 文采用理论分析结合动力有限元数值模拟方法，研 究竖向钻孔爆破激发的振动波频率衰减特征，为基 于频率控制爆破地震效应、评价爆破地震危害提供 理论依据。 收稿日期2 0 1 8 一l l 一2 8 作者简介周俊汝 1 9 9 0 一 ，女，博士，武汉科技大学讲师，从事工程 爆破与岩石动力学研究工作， E m a i l z h j r w h u ．e d u ． c n o 基金项目国家自然科学基金项日 5 1 1 7 4 1 4 7 、5 1 4 7 9 1 4 7 、5 1 8 0 9 0 1 6 1 钻孑L 爆破激发地震波的理论探讨 1 ．1 单元短柱药包 钻孔爆破激发地震波在围岩中传播，是岩石的 弹性动力响应，为建立数学模型作如下简化①采用 等效爆源的概念，爆炸荷载直接作用在短柱药包爆 破形成的弹性空腔内边界；②爆炸荷载采用三角形 荷载形式；③爆炸荷载仅作用于孔壁，忽略孑L 底压 力。将钻孔爆破延长柱药包分解为n 个单元短柱， 任一单元短柱空腔直径2r P 、高2 f ，位于无限均质弹 性岩体中，炮孑L 周围岩石中任一测点，可用测点到单 元短柱药包中心的水平径向距离r 、测点与单元中 心连线与炮孔轴线的夹角西两个参数确定该点的 位置，如图l a 所示。 瞬态荷载作用于短柱空腔内壁，对大于短柱空 腔长度和应力波长的爆心距范围，H e e l a nPA 推导 了单元短柱药包的应力波场，坐标轴 r ，9 ，。 分别对 应位移 u ，”，W ，求解得P 波、S 波在M 轴和。轴上 的位移方程为‘1 3 吲 [ 半扣㈩} ] _ [ _ s 三气] ㈩ ㈢ [ 掣跏川 曛未] ㈩ 式中C ，、C 。分别为岩石纵波波速和横波波速； 肛为拉梅系数，其中F i 咖 2 石去瓦。 1 2c o s 2 咖毒 , F 2 币 2 石去瓦5 i n2 咖，△为等效短 柱空腔体积，A 2 “ r r l r ；。 则l Z 轴和z 轴的位移分别为 』一“P ／／。S V 3 kwWpWSV 将式 1 与式 2 代入式 3 ，进行傅里叶变换 得到短柱药包爆破振动位移谱，将位移谱表达式两 边同乘以如得到速度谱表达式，求速度谱表达式的 模，即可得到振动速度幅值谱F ∥ 如 和F 。， 如 。 由于实际岩体为非完全弹性介质，介质粘弹性 导致能量损耗，因此爆破地震波的衰减不仅体现在 振幅幅值上，也表现在振幅于频域内的分布特征，频 域内振动幅值的衰减项是关于角速度叫的函数，表 万方数据 1 6爆破 2 0 1 9 年3 月 达式如下 伽 ∞ 2 唧 惹 ，叼s ∞ 2 唧 惹 4 式中，Q 为岩石品质因子。 分别引入幅值衰减项叩，和叩。，对振动速度幅 值谱F 一 如 和F ∥ 如 和修正，可得粘弹性介质中 延长柱药包爆破激发的振动波速度幅值谱表达式 F 。， 如 和F 。， 如 F 耐 如 去凡 如 百r l 鬲t o “ I s ， 如 I 。 e x p 一舞 幽咖 1 _ 2c o s 2 咖磊融 e x p 一箍 c o s 心n2 咖壶】 5 F 。． 如 去凡， 如 硒r I t 0 2I s ，0 , o I e x o 一麓 _ c 。s 咖 1 - 2c o s 2 咖虿C 2J ＼瓦1 唧 一箍 s i n 州n2 咖瓦1 】 6 第i 1 个单元短柱 第f 个单元短柱 r 第i - 1 个单元短柱 a 单元短柱药包 b 迭加模型 a E q u i v a l e n te l e m e n t s h o r tc y l i n d r i c a lc h a r g e b S u p e r p o s i t i o nm o d e l 图1 短柱单元药包及迭加示意图 F i g ．1 T h e o r e t i c a lm o d e lo fe q u i v a l e n te l e m e n t s h o r tc y l i n d r i c a lc h a r g ea n di t ss u p e r p o s i t i o nm o d e l 1 ．2 延长柱药包的迭加模型 如图1 b 所示，将竖向钻孔爆破延长柱药包等 效为n 个短柱单元，假设起爆方式为孔底起爆，第i 个短柱单元距离起爆点盈 2 i 一1 f ，测点布置距 孔底竖直距离为日，测点到柱药包竖直轴线的水平 距离为r ，可确定测点到第i 个短柱单元中心的距离 足、测点和第i 个短柱单元中心连线与竖直轴线夹 角咖i 。已知爆轰波传至第i 个短柱单元的时间为 t 。 z ／V O D ，可确定作用在弹性边界上的荷载表达 式P t 。 。 将r i 、咖i 和p t ； 代人式 5 和式 6 ，可得到第 i 个短柱单元的速度幅值谱表达式，将n 个等效短 柱单元迭加，得到竖向钻孑L 爆破中长柱药包的振动 速度幅值谱‰， 如 和Ⅳ删， 如 Ⅳn “如 荟氏一 如 萎{ 篆老I s 一如 I ’ H 一舞 s i n 咖i ⋯c o s 2 咖；爰融 e x p 一2 堕Q C s l l c o s 蛐2 咖c 圳 7 如 缸√如 耋{ 羞I ．s √圳 e x p 一舞 ㈤删 ㈩c o s 2 咖i 爰印 唧 - 箍 s i n 舳2 咖t 圳 8 需指出的是在迭加模型中，荷载在不同短柱单 元传播的时间差以相位差的形式存在，在幅值谱中 不能体现，但该等效迭加法对研究粘弹性介质中竖 向钻孔爆破激发的振动场求解仍有推进作用，对分 析爆破振动频谱特性及主频衰减机制有重要意义。 2 竖向钻孔爆破振动频谱特性及主频 ’衰减规律 2 ．1 爆破振动速度幅值谱数值计算 以水平径向为例，本节通过振动速度谱 Ⅳ。． 如 式 7 的数值计算，分析柱药包爆破振动 傅里叶主频以和傅里叶质心频率工随爆心距r 的衰 减规律。采用的计算参数为盯。。 3 0M P a ，| r 1 0m s ，a 。 0 ．2 5 ，b 。 0 ．7 5 ，P 2 6 0 0k g ／m 3 ，口 0 ．2 5 ，C ．P 5 0 0 0m ／s ，C s 2 9 0 0m ／s ，Q 5 ，r e 1 ．0m ，f 1m ，n 5 。测点布置在装药顶部的水平 线上，即日等于装药长度1 0m 。无限粘弹性岩体中 万方数据 第3 6 卷第1 期 周俊汝，卢文波，钟冬望，等竖向钻孔爆破激发振动波频率的衰减特征 1 7 钻孔爆破的五和Z 随爆心距r 的衰减规律如图2 。 2 0 0 1 7 0 w1 4 0 Z ≮11 0 8 0 5 0 02 04 0 6 08 0l x J1 2 U1 4 Ul6 【J1 8 02 【x J ，4 ／m 图2Q 5 粘弹性介质中柱药包爆破振动 主频与质心频率的衰减 F i g ．2 T h ea t t e n u a t i o no fd o m i n a n tf r e q u e n c ya n d e e n t r o i df r e q u e n c yi n d u c e db yc y l i n d r i c a lc h a r g e e x p l o s i o ni nv i s c o e l a s t i cm e d i u mw i t hQ 5 图2 结合式 7 可知，粘弹性岩体 Q 5 有高 频滤波特性，五不仅随r 的增大而衰减，且在r 2 0m 后发生了突变，在突变点后主频值近似降为原 数值的1 ／2 。为揭示柱药包爆破振动主频的突变机 制，本节对不同爆心距爆破振动频谱曲线分布及其 演化规律分析 图3 ，纵轴的速度幅值作归一化处 理 即用不同频率下的速度幅值与速度幅值最大值 的比值代替原速度幅值作为纵轴 。由图3 可知， 在爆心距2 0m 内，主频位1 5 0 2 5 0H z 频带内，幅 值谱结构近似为以主频为对称轴的三峰结构。随着 爆心距的增大，高频对应幅值衰减快，低频对应幅值 衰减慢，速度幅值谱整体向低频方向偏移，当幅值谱 1 5 0 2 5 0H z 频带内速度幅值衰减至和0 ～1 5 0H z 频带内速度幅值相等时，主频从中部频带跳跃至低 频带，衰减过程中发生突变。随爆心距的继续增大， 当爆心距大于8 0m ，速度幅值谱基本稳定为主频位 于低频带的单峰结构。 图3 粘弹性介质中柱药包爆破不同爆心距的 归一化速度幅值谱 F i g ．3V e l o c i t ys p e c t r ao fn o r m a l i z e da m p l i t u d e u n d e rd i f f e r e n td i s t a n c eo fc y l i n d r i c a lc h a r g e 质心频率．疋随爆心距r 的衰减规律见图2 ，随r 增大，由于岩体地质的高频滤波特性，高频对应幅值 衰减快，低频对应幅值衰减慢，但频谱曲线整体向低 频区域偏移，质心频率能良好地反映频谱曲线偏移 速度和特性，整体呈均匀下降，无突变。 仅以单元短柱药包迭加模型得到的理论解分析 钻孔爆破振动主频的衰减规律存有缺陷，首先荷载 在炮孔内的传爆速度是有限的，使得单个短柱单元 的荷载作用起始时间存在时间间隔，而该时间间隔 经傅里叶变换后成为相位差，在速度幅值谱理论解 中不能体现；其次，钻孔爆破中一般有自由面的存 在，而理论解中将药包置于无限岩体中，而没有考虑 自由面的存在。 2 ．2 竖向钻孔爆破数值模拟 本小节利用L S - D Y N A 动力有限元软件，加入自 由面的影响来研究钻孔爆破爆破振动主频的衰减。 考虑模型对称因素，建岩体为半径11 0m 、高1 5 ．8m 的1 ／4 圆柱模型，其中堵塞段2m ，装药长度8 ．8m ， 孔径1 1 0m m ，耦合装药、轴向连续装药。在岩体2 个竖直方向的对称面上加相应的对称约束，计算过 程中除地表为临空面外，其余方向均施加无反射边 界条件，共划分2 9 0 4 9 4 个网格单元。钻孔爆破的动 力有限元模型及测点布置如图4 所示。 图4 钻孔爆破数值模拟模型及测点布置 F i g ．4 N u m e r i c a ls i m u l a t i o nm o d e lo fd r i l lb l a s t i n g a n dt h el a y o u to ft e s tp o i n t s 炸药单元炸药采用M A T H I G H E X P L O S I V E B U R N 材料 参数见表1 、结合J o n e s W i l k e n s L e e J W L 状态方程模拟实际炸药爆轰过程。 表1 炸药计算参数 T a b l e1P a r a m e t e r so fc h a r g ei nn u m e r i c a ls i m u l a t i o n 慧度 ，、燃／⋯一m 恐∞ 【k g 。m m ．s 一11 1 0 0 04 0 0 02 1 41 ．84 ．2 0 ．90 ．3 5 l 0 0 0 O 0 0 0 0 O ∞≈rrrA|t叁皓≈时rr诘_叁koz 万方数据 1 8爆破 2 0 1 9 年3 月 岩体采用弹塑性材料模型5 1 ，参数选择列于表 2 ，岩体设置阻尼系数全局阻尼为1 2 0 ，刚度阻尼为 0 ．0 0 0 4 。 表2 岩体计算参数 T a b I e2P a r a m e t e r so fr o c ki nn u m e r i c a ls i m u l a t i o n 。黑 弹紫／㈣匕屈擀彻襻／ 2 5 0 03 00 ．2 23 08 取测点Z 坐标位于装药长度1 ／2 处，如图4 所 示的1 1 测点连线，模拟无限岩体中柱药包爆破激 发地震波传播引起的质点振动。将数值模拟结果利 用M A T L A B 处理分析，爆破振动傅里叶主频兀和傅 鲎 李 l 昏 芝 R ／m a 无临空面1 - 1 测点 a W i t h o u tf r e e f a c e 里叶质心频率工随爆心距r 的衰减曲线如图5 a 所示。数值模拟振动主频和质心频率的衰减规律和 理论分析结果一致，主频和质心频率整体呈衰减趋 势，主频在衰减过程中发生突变，数值降为原主频值 1 ／2 ，质心频率平滑稳定地衰减。 取位于地表测点，如图4 所示的2 - 2 测点连线， 模拟钻孔爆破中自由面对地震波传播引起的质点振 动的影响，数值模拟结果如图5 b 所示。主频在衰 减的过程中，由于自由面的存在，爆破地震波在传播 过程中遇到临空面造成波的反射叠加，造成速度幅 值谱在偏移的过程中结构不稳定，爆心距5 0 7 0m 范围内，主频带在该爆心距范围内未发生明显变化， 但以衰减过程中有波动。 星 。李 l 甘 兰 R ／m b 存在一个临空面2 2 测点 b W i t h o n ef r e ef a c e 图5 数值模拟钻孔爆破体波传播诱发振动主频的衰减 F i g ．5 N u m e r i c Ms i m u l a t i o nr e s u l t so ff r e q u e n c ya t t e n u a t i o ni n d u c e db yd r i l lb l a s t i n g 3 工程实例验证分析 3 ．1 丰宁抽水蓄能电站单孔爆破试验 丰宁抽水蓄能电站建在河北省丰宁满族自治 县，丰宁抽水蓄能电站为大 1 型一等工程，为研究 丰宁抽水蓄能电站二期工程地下洞室开挖施工对一 期工程的影响，展开了一系列现场爆破试验研究。 现场在探洞底板上钻设竖直孔，进行单孔爆破试验， 试验场区岩性较为单一，以中粗粒花岗岩为主，围岩 结构以块状为主、整体较为完整。炮孔及测点布置 如图6 所示，采用半秒微差延时爆破，以4 号孔 孔 深6m 和6 号孔 孔深4 ．5m 爆破为例，两孔孔径 均为7 6m m ，药径5 0m m ，选用2 岩石乳化炸药，密 度1 2 4 3k g ／m 3 ，爆速3 6 0 0m ／s ，堵塞1 ．8m 。 图6 竖直孔爆破试验设计示意图 单位m F i g ．6D e s i g no ft h ec u t t i n gb l a s t i n ge x p e r i m e n ti nF e n g n i n gp u m p e ds t o r a g ep o w e rs t a t i o n u n i t m 1 中布置6 个爆破振动测点，测试系统采 序器，记录仪器为’r C - 4 8 5 0 爆破振动 监测仪，T C - 4 8 5 0 测量速度幅值范围在0 ．0 0 1 ～ 3 5 ．4c m ／s ，频率范围在1 5 0 0H z 。 万方数据 第3 6 卷第l 期周俊汝，卢文波，钟冬望，等竖向钻孔爆破激发振动波频率的衰减特征 1 9 结果如图7 所示，随着爆心距的增大，爆破地震 波沿地表传播，傅里叶主频的衰减和上述研究一致， 衰减并不平滑，在2 3m 处有大的突变；在爆心距 5 0m 处有波动。尽管试验和测试场地是经过考量 选定，但由于各个测点的地质情况存在一定的差异， 因此在实测数据中存在一定程度的离散，由于l } } 测 r } m a 第四孔 a T h ef o u r t hb o r e h o l e 点地质情况略差，相比于其余5 个测点1 撑测点的实 测P P V 值偏高、频率值偏低。不过其余5 个测点仍 能展示出主频的衰减规律，主频的衰减存在突变和 波动，质心频率较主频衰减更有规律，与爆心距拟合 相关程度更高。 4 0 0 3 0 0 曼2 0 0 1 0 0 0 r ／m b 第六孔 b T h es i x t hb o r e h o l e 图7丰宁抽水蓄能电站竖直孔爆破振动傅里叶主频和质心频率的衰减 F i g ．7 T h ea t t e n u a t i o no fd o m i n a n tf r e q u e n c ya n dc e n t r o i df r e q u e n c yi n d u c e d b yt h es e l e c t e db o r e h o l e si nt h ec u t t i n gb l a s t i n ge x p e r i m e n t 3 ．2 厂坝李家沟铅锌矿群孔爆破试验 厂坝铅锌矿位于甘肃省陇南市境内，利用厂坝 铅锌矿中主斜坡道的水平6 掘进巷道的开挖，中国 生开展了一系列爆破振动的现场试验6 】。该段巷 道开挖掘进时孔径为4 5a m ，孔深为2m ，采用2 } } 岩 石硝铵炸药，采用毫秒微差分段起爆方式。该段巷 道的围岩由石英岩、黑云母石英片岩、方解石云母片 岩和大理岩组成，围岩硬度系数1 0 一1 2 ，岩性单一。 巷道直线水平进尺大于1 0 0m ，形成了平整的试验 r ／m a 第一段 a T h ef i r s td e l a y 场地，在巷道内布置6 个测点，测点与爆源共线，相 邻测点间距1 0 ～2 8m ，高差不大于lm ，近爆源处测 点间距较小、远爆源处测点间距较大。爆破振动监测 仪器型号为I D T S 3 8 5 0 ，该仪器的振动幅值量程为 0 ．0 0 l 一6 6c m ／s ，测量频率量程为1 4 0 0 0 0H z 。 现场爆破振动试验共监测8 次爆破振动信号，本 节以第一段和第二段爆破振动信号为例，验证爆破振 动主频的衰减规律，第一段最大段药量为2 6k g ，第二 段最大段药量为2 7k g ，结果如图8 所示。 r ／m b 第二段 b T h es e c o n dd e l a y 图8 厂坝李家沟铅锌矿爆破振动傅里叶主频和质心频率的衰减 F i g ．8 T h ea t t e n u a t i o no fd o m i n a n tf r e q u e n c ya n dc e n t r o i df r e q u e n c yi n d u c e db y t h es e l e c t e db o r e h o l e si nt h em i n i n gb l a s t i n ge x p e r i m e n t 由图8 可知，不论是第一段还是第二段爆破振 动信号，傅里叶主频随着爆心距的增大而衰减，在爆 心距3 7m 处主频发生了突变，主频数值近似降为原 数值的1 ／2 ；在主频突变点之后，主频缓慢衰减，在 爆心距6 5m 处出现幅度较小的波动，和数值模拟结 果图5 b 基本一致。 4 结论 通过单元短柱药包激发振动场理论解的迭加， 推导得竖向钻孔爆破振动速度幅值谱表达式，结合 数值模拟，分析了竖向钻孔爆破振动频率的衰减特 征，研究结论得到了工程实例的验证。初步得到以 万方数据 2 0爆破 2 0 1 9 年3 月 F 结论 I 钻孑L 爆破振动主频随爆心距的增大而衰 减；由于高低频对应速度幅值衰减速度的差异和速 度幅值谱的多峰结构，主频衰减过程中发生突变，本 文算例中突变后主频值近似降为原数值的1 ／2 。 2 随爆心距的增大，考虑自由面对地震波传 播的影响，主频衰减过程中有波动。 3 质心频率衰减规律更加平滑稳定，随爆心 距的衰减呈规则的反幂函数关系，工程中质心频率 与爆心距拟合后相关系数较主频拟合得到的相关系 数更大。 针对钻孑L 爆破振动主频的衰减特征，本文在分 析问题时作了简化，均以完整、均质的岩体为基础， 而实际岩体中含有大量随机分布的节理裂隙、微孑L 洞等地质缺陷，因此，结构面对爆破振动频率衰减特 征的影响机制有待进一步研究。 参考文献 R e f e r e n c e s K A R A D O G A NA ，K A H R I M A NA ，O Z E RU ．An e wd a m a g ec r i t e r i an o r mf o rb l a s t - i n d u c e dg r o u n dv i b r a t i o n si n T u r k e y [ J ] ．A r a b i a nJ o u r n a lo fG e o s c i e n c e s ，2 0 1 4 ，7 4 1 6 1 7 一1 6 2 6 ． 罗忆，卢文波，陈明，等．爆破振动安全判据研究 综述[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 1 1 4 2 2 ． L U OY i ，L UW e n b o ，C H E NM i n g ，e ta 1 ．V i e wo fr e s e a r c h o n s a f e t yc r i t e r i o no fb l a s t i n gv i b r a t i o n [ J ] ．B l a s t i n g ， 2 0 1 0 ，2 7 1 1 4 - 2 2 ． i nC h i n e s e L UW e n b o ，L U OY i ，C H E NM i n g ，e ta 1 ．A ni n t r o d u c t i o n t oC h i n e s es a f e t y r e g u l a t i o n 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