台阶爆破振动传播规律及动力响应特征研究.pdf

第36卷 第4期 2019年12月 爆 破 BLASTING Vol. 36 No. 4  Dec. 2019 doi10. 3963／ j. issn. 1001 －487X. 2019. 04. 021 台 阶 爆 破 振 动 传 播 规 律 及 动 力 响 应 特 征 研 究 * 雷 振 1， 高 正 华2a， 左 宇 军2a， 何 兴 贵3， 袁 玉 宝2b， 贺 路 2a （1.贵 州 理 工 学 院 矿 业 学 院 ， 贵 阳550025；2.贵 州 大 学a.矿 业 学 院 ；b.土 木 工 程 学 院 ， 贵 阳550025； 3.贵 州 新 联 爆 破 工 程 集 团 有 限 公 司 ， 贵 阳550025） 摘 要 针 对 台 阶 爆 破 施 工 对 邻 近 建 （构 ）筑 物 的 破 坏 问 题 ， 以 某 台 阶 爆 破 工 程 为 背 景 ， 通 过 现 场 实 验 及 数 值 计 算 ， 研 究 了 水 平 距 与 高 程 共 同 作 用 下 单 响 最 大 药 量 为3. 8 kg、 直 径 为38 mm孔 爆 破 振 动 传 播 规 律 及 动 力 响 应 特 征 。研 究 表 明 振 速 响 应 特 征 规 律 与 现 场 实 测 一 致 ， 水 平 距 与 高 程 共 同 作 用 下 爆 源 近 处 峰 值 振 速 衰 减 较 快 ， 远 处 衰 减 较 慢 ， 垂 向 出 现 典 型 的 高 程 放 大 效 应 ， 放 大 系 数 为1. 2倍 ， 但 总 体 峰 值 振 速 并 没 有 出 现 放 大 效 应 ， 主 频 率 与 总 体 峰 值 振 速 保 持 较 好 的 一 致 性 ， 总 体 呈 衰 减 趋 势 ； 位 移 响 应 特 征 规 律 与 振 速 变 化 趋 势 一 致 ， 合 成 峰 值 位 移 与 合 成 峰 值 振 速 存 在 函 数 关 系y ＝0. 18 ＋0. 74v。 关 键 词 台 阶 爆 破 ；现 场 实 验 ；数 值 模 拟 ；传 播 规 律 ；动 力 响 应 中 图 分 类 号 TD235 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1001 －487X（2019）04 －0137 －09 Research on Vibration Propagation Law and Dynamic Response Characteristics of Bench Blasting LEI Zhen1，GAO Zheng-hua2a，ZUO Yu-jun2a，HE Xing-gui3，YUAN Yu-bao2b，HE Lu2a （1. Mining College，Guizhou Institute of Technology，Guiyang 550025，China； 2. a. Mining College；b. College of Civil Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China； 3. Guizhou Xinlian Blasting Engineering Group Co Ltd，Guiyang 550025，China） Abstract Aiming at the damage to adjacent structures by bench blasting construction，considering a certain bench blasting project，through field experiments and numerical simulation，the blasting vibration propagation law and dynamic response characteristics of a single-hole with a maximum single delay charge of 3. 8 kg and a diameter of 38 mm were studied under the joint action of horizontal distance and elevation. The results showed that the response characteristic law of the vibration velocity is consistent with the field test. Under the joint action of horizontal distance and elevation，the PPV（Peak particle vibration velocity）near the source of the explosion decays quickly，whereas the PPV at a distance from the source of the explosion decays slowly. A typical elevation amplification effect appears in the vertical direction with a magnification factor of 1. 2，but the overall PPV does not have an amplification effect. The main frequency，which is in good consistency with the overall PPV，shows a general attenuation trend. The response characteristic law of the displacement is consistent with the changing trend of the vibration velocity. The relationship between synthetic peak displacement（y）and PPV（v）is y ＝0. 18 ＋0. 74v. Key words bench blasting；field experiment；numerical simulation；propagation law；dynamic response 收 稿 日 期 2019 －11 －19 作 者 简 介 雷 振 （1975 －） ， 男 ， 研 究 员 、 博 士 ， 从 事 爆 破 工 程 、 岩 石 力 学 与 采 矿 工 程 的 教 学 与 研 究 ， （E-mail）52337741 ＠ qq. com。 通 讯 作 者 高 正 华 （1992 －） ， 男 ， 硕 士 研 究 生 ， 从 事 工 程 爆 破 与 采 矿 方 向 研 究 ， （E-mail）837224105＠ qq. com。 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （51664007） 在 露 天 矿 山 开 采 、 公 路 开 挖 等 边 坡 工 程 中 ， 台 阶 爆 破 开 挖 技 术 对 施 工 效 率 的 提 高 和 工 程 进 度 的 加 快 都 有 显 著 的 促 进 作 用 ， 但 台 阶 爆 破 振 动 效 应 严 重 影 响 着 周 围 建 （构 ）筑 物 的 安 全 及 边 坡 岩 体 结 构 的 稳 万方数据 定 性 。为 保 证 周 围 建 （ 构 ）筑 物 的 安 全 ， 减 少 人 员 纠 纷 ， 以 及 保 障 边 坡 岩 体 结 构 的 安 全 稳 定 ， 人 们 采 用 理 论 分 析 、 现 场 试 验 、 数 值 模 拟 对 台 阶 爆 破 振 动 进 行 了 深 入 的 研 究 。 在 台 阶 爆 破 振 动 传 播 规 律 方 面 ， 雷 振 通 过 单 孔 、 多 孔 多 组 台 阶 爆 破 试 验 说 明 了 台 阶 爆 破 振 动 传 播 的 非 线 性 ［1］。蒋 楠 等 基 于 量 纲 分 析 ， 结 合 矿 山 实 际 ， 研 究 了 不 同 坡 度 边 坡 高 程 效 应 对 爆 破 振 动 速 度 衰 减 的 影 响 ［2］； 周 谊 等 在 不 同 起 爆 方 法 下 进 行 试 验 研 究 了 振 动 的 高 程 效 应 ［3］； 万 鹏 鹏 等 在 前 人 研 究 成 果 的 基 础 上 对 正 负 高 差 台 阶 爆 破 振 动 高 程 放 大 效 应 规 律 及 产 生 机 理 加 以 探 讨 ［4］； Xu Wu等 基 于 理 论 分 析 与 数 值 模 拟 研 究 了 台 阶 高 度 对 爆 破 地 震 波 的 影 响 ［5］； 高 启 栋 等 研 究 了 水 平 光 面 爆 破 荷 载 下 地 震 波 的 成 分 及 衰 减 规 律 ［6］。在 振 动 响 应 特 征 研 究 方 面 ， 陈 明 等 研 究 了 不 同 基 岩 条 件 下 灌 浆 帷 幕 爆 破 振 动 响 应 特 性 ［7］； 邹 锐 等 研 究 了 含 水 水 土 质 边 坡 的 爆 破 振 动 响 应 ［8］； Jinhua Yang等 采 用 数 值 模 拟 研 究 了 爆 破 荷 载 作 用 下 边 坡 的 振 动 特 性 ［9］； Blair等 采 用 数 值 模 型 研 究 了 矿 井 井 壁 底 部 爆 破 荷 载 下 井 壁 的 动 力 响 应 ［10］； 胡 帅 伟 等 针 对 爆 破 掘 进 施 工 对 巷 道 支 护 锚 杆 的 影 响 ， 采 用 理 论 分 析 研 究 了 黏 结 式 锚 杆 在 爆 破 动 荷 载 作 用 下 的 动 力 响 应 特 征 ［11］。总 的 来 说 ， 对 于 台 阶 爆 破 振 动 的 研 究 已 经 较 为 深 入 ， 并 取 得 了 丰 富 的 研 究 成 果 。 为 保 证 周 围 建 （ 构 ） 筑 物 的 安 全 ， 研 究 水 平 距 与 高 程 共 同 作 用 下 的 振 动 传 播 规 律 及 响 应 特 征 很 有 必 要 。 鉴 于 此 ， 在 现 有 研 究 的 基 础 上 ， 以 某 台 阶 爆 破 工 程 爆 破 实 际 为 背 景 ， 通 过 现 场 实 验 及 数 值 计 算 ， 研 究 水 平 距 与 高 程 共 同 作 用 下 振 动 的 传 播 规 律 及 动 力 响 应 特 征 ， 为 爆 破 荷 载 下 台 阶 振 动 控 制 及 其 预 测 提 供 参 考 依 据 。 1 工 程 概 况 某 台 阶 爆 破 工 程 呈 东 西 走 向 ， 开 挖 区 域 周 边 有 民 房 ， 西 起 点 柱 号K5 ＋ 660，X ＝ 2942960. 577、Y ＝ 356076. 665，向 东 延 伸 终 点 柱 号K6 ＋ 950，X ＝ 2942541. 197、Y ＝ 354897. 349， 全 长1290 m。其 台 阶 爆 破 工 程 由 西 向 东 方 向 的 左 侧7K6 ＋010 ～2K6 ＋ 60段 设 计 为 边 坡 放 坡 开 挖 ， 边 坡 安 全 等 级 为 一 级 边 坡 ， 边 坡 高 度 为2 ～ 34 m， 最 高 为5级 边 坡 ， 其 施 工 现 场 环 境 见 下 图1。 2 爆 破 振 动 现 场 试 验 2. 1 爆 破 振 动 测 试 方 案 试 验 采 用CBSD-VM-M01（中 爆 数 字 网 络 振 动 仪 ） 进 行 振 动 监 测 ， 该 仪 器 携 带 方 便 ， 且 采 用 无 线 传 输 ， 能 实 时 将 数 据 传 输 到 中 国 爆 破 网 信 息 管 理 系 统 。 根 据 现 场 情 况 ， 共 布 置3个 振 动 监 测 点 进 行 测 试 ， 为 了 避 免 台 阶 边 缘 的 “ 鞭 梢 效 应 ”及 坡 脚 应 力 集 中 ， 试 验 测 点 布 置 在 同 一 水 平 坡 顶 与 坡 脚 中 间 ， 见 图2所 示 。安 装 前 ， 先 对 地 基 表 面 进 行 清 理 ， 采 用 石 膏 粉 将 传 感 器 与 地 基 紧 密 粘 结 ， 保 证 传 感 器 水 准 仪 居 中 ， 与 地 基 形 成 刚 性 连 接 。待 各 测 点 的 传 感 器 安 装 完 毕 ， 按 表1中 的 爆 破 参 数 进 行 炮 孔 布 置 和 装 药 。 图1 施 工 现 场 环 境 图 （ 单 位 m） Fig. 1 Environmental map of construction site（unitm） 图2 测 点 布 置 图 （ 单 位 m） Fig. 2 Layout of measuring points（unitm） 表1 爆 破 试 验 参 数 Table 1 Blasting test parameters 孔 距／ m 排 距／ m 孔 径／ mm 孔 深／ m 填 塞／ m 最 大 单 响 药 量／ kg 2. 01. 8384. 02. 03. 8 2. 2 测 试 结 果 试 验 共 布 置3个 固 定 测 点 ， 依 据 表1爆 破 参 数 共 进 行3次 现 场 实 验 ， 每 一 次 测 点 最 大 振 动 速 度 数 据 见 下 表2， 其 监 测 的 振 动 波 形 包 含 垂 向 、 径 向 和 切 向 三 个 方 向 的 速 度 与 频 率 。 三 次 测 试 中 ， 各 测 点 数 据 保 持 较 好 一 致 性 ， 相 对 差 值 在20％以 内 。连 续 爆 破 过 程 中 周 围 岩 石 粉 碎 ， 岩 体 损 伤 ， 地 震 波 遇 不 完 整 岩 体 ， 能 量 泄 出 ， 爆 破 地 831爆 破 2019年12月 万方数据 震 波 衰 减 较 快 ， 为 了 解 爆 破 施 工 对 邻 近 建 （构 ）筑 物 是 否 构 成 威 胁 ， 故 以 最 大 危 害 为 原 则 ， 选 取 峰 值 振 速 最 大 一 次 数 据 研 究 其 振 动 衰 减 规 律 及 响 应 特 征 ， 即 选 取 表2中 第1次 测 试 记 录 的 数 据 进 行 分 析 。 表2 现 场 监 测 质 点 峰 值 振 速 及 其 主 频 率 Table 2 Peak particle vibration velocity and main frequency of on-site monitored data 次 数 测 点爆 心 距 ／ m 高 差 H／ m 垂 向 速 度／ （cms －1） 垂 向 频 率／ Hz 切 向 速 度／ （cms －1） 切 向 频 率／ Hz 径 向 速 度／ （cms －1） 径 向 频 率／ Hz 合 成 峰 值／ （cms －1） 测 点121. 8100. 4797. 70. 64126. 10. 6897. 70. 68 1测 点231. 2180. 5768. 60. 3935. 20. 4335. 20. 57 测 点351. 0240. 4152. 60. 2132. 00. 2935. 20. 41 测 点121. 8100. 45119. 90. 38133. 20. 59119. 90. 59 2测 点231. 2180. 5367. 90. 3930. 20. 4640. 90. 53 测 点351. 0240. 3755. 10. 3429. 70. 2829. 70. 37 测 点121. 8100. 44107. 30. 58112. 10. 62105. 60. 62 3测 点231. 2180. 5467. 70. 3832. 70. 5632. 70. 56 测 点351. 0240. 3253. 70. 3432. 90. 2932. 70. 34 3 台 阶 爆 破 振 动 的 传 播 规 律 3. 1 峰 值 振 速 分 析 根 据 表2中 的 相 关 数 据 绘 制 出 质 点 的 垂 向 、 切 向 及 径 向 峰 值 振 动 速 度 随 爆 源 距 的 传 播 折 线 图 ， 如 图3所 示 。总 体 来 看 ， 质 点 峰 值 振 动 速 度 随 爆 源 距 的 增 大 呈 衰 减 趋 势 。对 比 三 个 方 向 的 峰 值 振 速 ， 在 爆 源 近 区 ， 径 向 峰 值 振 速 最 大 ； 在 爆 源 远 区 ， 垂 向 峰 值 振 速 最 大 。此 外 ， 爆 源 近 区 两 点 间 斜 率 较 爆 源 远 区 的 大 ， 说 明 近 区 振 速 衰 减 较 快 ， 远 区 振 速 衰 减 较 慢 ， 这 是 符 合 爆 破 振 速 衰 减 的 基 本 规 律 的 。在 测 点 2处 （ 爆 源 距31. 2 m） ， 垂 向 峰 值 振 速 出 现 放 大 效 应 ， 放 大 系 数 为1. 2倍 。这 是 由 于 随 着 高 程 的 增 加 ， 垂 向 出 现 了 典 型 的 高 程 放 大 效 应 ， 并 且 垂 向 峰 值 振 速 明 显 大 于 径 向 和 切 向 峰 值 振 速 ， 但 总 体 质 点 峰 值 速 度 是 严 格 衰 减 的 。 图3 三 向 的 峰 值 振 速 Fig. 3 Peak particle vibration velocity of three directions 3. 2 主 频 率 分 析 根 据 表2绘 制 出 质 点 的 垂 向 、 切 向 及 径 向 主 频 率 随 爆 源 距 的 传 播 折 线 图 ， 如 图4所 示 。由 图4知 ， 主 频 率 随 爆 源 距 的 增 大 呈 衰 减 趋 势 ， 爆 源 近 区 的 径 向 主 频 率 最 大 ， 远 区 的 垂 向 主 频 率 最 大 。图 中 爆 源 近 区 两 点 间 斜 率 较 爆 源 远 区 的 大 ， 说 明 爆 源 近 区 主 频 率 衰 减 较 快 ， 近 区 处 衰 减 较 慢 ， 这 与 振 速 的 衰 减 特 征 保 持 一 致 。但 较 振 速 而 言 ， 径 向 主 频 率 随 爆 源 距 的 增 加 出 现 了 “ 平 台 段 ” ， 即 测 点2（ 爆 源 距31. 2 m） 和 测 点3（ 爆 源 距51. 0 m）的 径 向 主 频 率 相 等 ， 主 频 率 并 没 有 随 着 爆 源 距 的 增 加 呈 现 严 格 的 衰 减 趋 势 。 图4 三 向 的 主 频 率 Fig. 4 Main frequencies of three directions 4 台 阶 爆 破 振 动 特 征 数 值 研 究 为 进 一 步 研 究 台 阶 爆 破 作 用 下 高 程 引 起 振 动 响 应 特 征 ， 根 据 现 场 爆 破 实 际 、 岩 性 条 件 等 参 数 ， 利 用 LS-DYNA建 立 与 之 相 适 应 的 数 值 分 析 模 型 ， 细 化 传 931第36卷 第4期 雷 振 ， 高 正 华 ， 左 宇 军 ， 等 台 阶 爆 破 振 动 传 播 规 律 及 动 力 响 应 特 征 研 究 万方数据 播 路 径 中 地 质 地 貌 的 影 响 。台 阶 爆 破 是 一 个 十 分 复 杂 的 过 程 ， 影 响 应 力 波 传 播 的 因 素 较 多 ， 为 简 化 实 际 问 题 便 于 建 模 及 计 算 ， 在 不 失 一 般 性 条 件 下 假 设 岩 体 为 均 匀 连 续 介 质 ， 不 考 虑 其 内 部 节 理 裂 隙 等 不 连 续 结 构 面 。 4. 1 材 料 参 数 及 模 型 （1） 炸 药 材 料 采 用JWL状 态 方 程 ， 模 拟 爆 破 过 程 中 压 力 同 比 容 之 间 的 关 系 P ＝ A 1 － ω R1 V e－R1V＋ B 1 － ω R2 V e－R2V＋ ωE V （1） 式 中 P是 爆 炸 压 力 ；V是 相 对 体 积 ；E是 单 位 体 积 内 能 ；ω、A、B、R1和R2均 是 材 料 常 数 。本 模 拟 中 采 用 的 炸 药 材 料 为 乳 化 炸 药 ， 其 基 本 参 数 见 表3。 （2） 岩 石 材 料 本 模 拟 中 采 用 的 岩 石 材 料 的 相 关 参 数 见 表4。 （3） 填 塞 材 料 现 场 填 塞 使 用 钻 孔 出 来 的 岩 粉 及 泥 土 ，选 取 SOIL_AND_FOAM材 料 模 型 作 为 填 塞 材 料 ， 主 要 参 数 见 表5。 表3 乳 化 炸 药 计 算 参 数 表 Table 3 Calculation parameters of emulsion explosives 变 量 密 度 ρ／ （gcm －3） 爆 速D／ （cm μs －1） 爆 压P／ MPa A／ MPaB／ MPaR1R2ωE0／ MPa 数 值1. 080. 389. 9E －062. 11E －040. 18E －064. 20. 90. 154. 2E －06 表4 岩 石 材 料 计 算 参 数 表 Table 4 Table of rock material parameters 变 量密 度／（gcm －3） 弹 性 模 量 ／ MPa泊 松 比 受 压 屈 服 强 度／ MPaBETAFS失 效 应 变 数 值2. 23200. 32010. 06 表5 填 塞 材 料 计 算 参 数 表 Table 5 Parameters of stemming material 变 量 密 度／ （gcm －3） 弹 性 模 量／ MPa 体 积 模 量／ MPa 塑 性 屈 服 常 数A0 A1A2 PC拉 伸 破 坏 应 力 数 值1. 800. 161. 3E ＋053. 3E －031. 3E －070. 12320 模 型 由 炸 药 、 填 塞 物 和 岩 体 组 成 ， 台 阶 高 度 最 高 达 到34 m，台 阶 角65 ～ 75，建 立 台 阶 高 为 440. 7 cm， 长1000 cm， 宽50 cm， 台 阶 角 为70， 岩 体 的 划 分 采 用Lagrange网 格 ， 炸 药 和 填 塞 物 的 划 分 均 采 用Euler网 格 建 模 ， 单 元 采 用 多 物 质ALE算 法 ， 计 算 单 元 采 用3D － SOLID164实 体 单 元 ， 数 值 模 型 采 用cm － g － μs单 位 制 。计 算 模 型 如 图5所 示 。 图5 计 算 模 型 （ 单 位 cm） Fig. 5 Calculation model（unitcm） 4. 2 速 度 响 应 分 析 模 拟 过 程 中 选 取 与 实 际 布 置 方 案 一 致 的 测 点 进 行 分 析 ，选 取3个 监 测 点 ，分 别 为 节 点165、245、 374， 分 别 记 作 监 测 点A、B、C， 具 体 见 图6。对 整 个 爆 破 过 程3个 监 测 点 进 行 速 度-时 间 变 化 数 据 采 集 ， 不 同 时 间 对 应 三 轴 合 成 速 度 云 图 见 图7， 相 应 的 节 点 振 速 时 程 图 见 图8。 图6 台 阶 观 测 点 布 置 图 Fig. 6 Layout of step observation points 由 图8的 节 点 振 速 时 程 图 可 得 到 各 监 测 点 相 关 峰 值 振 速 分 别 为 监 测 点A的 垂 向 峰 值 振 速 041爆 破 2019年12月 万方数据 0. 52 cm／ s、 切 向 峰 值 振 速0. 69 cm／ s、 径 向 峰 值 振 速 0. 73 cm／ s； 监 测 点B的 垂 向 峰 值 振 速0. 64 cm／ s、 切 向 峰 值 振 速0. 49 cm／ s、 径 向 峰 值 振 速0. 52 cm／ s； 监 测 点C的 垂 向 峰 值 振 速0. 49 cm／ s、 切 向 峰 值 振 速0. 29 cm／ s、 径 向 峰 值 振 速0. 38 cm／ s； 监 测 点A、B 和C的 合 成 峰 值 振 速 分 别 为0. 78cm／ s、 0. 68 cm／ s和0. 51 cm／ s。将 数 值 计 算 结 果 与 实 际 测 点 的 峰 值 振 速 进 行 对 比 ， 见 表6， 并 绘 制 折 线 图 ， 如 图9所 示 。 图7 合 成 速 度 云 图 Fig. 7 Synthetic velocity cloud picture 图8 节 点 振 速 时 程 图 Fig. 8 Time history diagram of node vibration velocity 由 表6及 图9可 知 ， 数 值 计 算 结 果 峰 值 振 速 普 遍 大 于 现 场 试 验 结 果 ； 两 者 峰 值 振 速 在 爆 源 较 近 处 ， 其 相 对 误 差 均 在10％以 下 ， 而 随 着 距 离 的 增 加 ， 相 对 误 差 增 大 ， 到 了 爆 源 较 远 处 ， 相 对 误 差 较 大 ； 垂 向 峰 值 振 速 的 相 对 误 差 总 体 小 于 切 向 和 径 向 峰 值 振 速 。这 是 由 于 建 模 过 程 中 简 化 模 型 为 连 续 介 质 ， 忽 略 了 实 际 岩 141第36卷 第4期 雷 振 ， 高 正 华 ， 左 宇 军 ， 等 台 阶 爆 破 振 动 传 播 规 律 及 动 力 响 应 特 征 研 究 万方数据 体 内 部 的 结 构 ， 如 忽 略 节 理 裂 隙 、 破 碎 带 、 层 理 等 不 连 续 面 的 影 响 ， 从 而 使 得 数 值 计 算 结 果 普 遍 高 于 现 场 实 测 ； 而 随 着 爆 源 距 的 增 加 ， 节 理 裂 隙 、 破 碎 带 等 不 连 续 面 的 存 在 ， 地 震 波 能 量 衰 减 较 数 值 模 拟 的 大 ， 相 对 误 差 增 大 ； 而 高 程 作 用 下 ， 垂 向 峰 值 振 速 出 现 了 放 大 效 应 ， 在 一 定 程 度 上 峰 值 振 速 得 以 放 大 补 充 ， 放 大 系 数 较 随 距 离 衰 减 系 数 强 ， 从 而 使 得 垂 向 峰 值 振 速 的 相 对 误 差 总 体 小 于 水 平 切 向 和 径 向 的 。 表6 数 值 分 析 与 现 场 监 测 三 向 振 速 峰 值 对 比 表 Table 6 Comparison of three directional velocity peaks between numerical analysis and in-situ monitoring 测 点／ 节 点 爆 心 距／ m 高 程 H／ m 数 值 模 拟 结 果V1／（cms －1） 现 场 试 验 数 据 V2／（cms －1） 相 对 误 差V2 V1 －1100％ 垂 向 切 向 径 向 垂 向 切 向 径 向 垂 向 切 向 径 向 1／ A21. 8100. 520. 690. 730. 470. 640. 689. 67. 26. 8 2／ B31. 2180. 640. 490. 520. 570. 390. 4310. 920. 417. 3 3／ C51. 0240. 490. 290. 380. 410. 210. 2916. 327. 623. 7 图9 数 值 模 拟 与 现 场 实 测 的 峰 值 振 速 对 比 Fig. 9 Comparison of peak vibration velocity between numerical simulation and field measurement 总 体 而 言 ， 数 值 模 拟 结 果 的 相 对 误 差 在 可 接 受 范 围 内 ， 振 速 峰 值 随 着 爆 源 距 的 增 加 呈 衰 减 趋 势 ， 垂 向 峰 值 振 速 出 现 了 放 大 效 应 ， 但 总 体 峰 值 振 速 呈 衰 减 趋 势 ， 且 爆 源 近 处 衰 减 较 快 ， 远 区 较 慢 ， 与 现 场 实 测 保 持 较 好 的 一 致 性 。 4. 3 位 移 响 应 分 析 模 拟 过 程 中 选 取 与 实 际 布 置 方 案 一 致 的 测 点 进 行 分 析 ， 见 上 文 图7所 示 ， 采 集 整 个 爆 破 过 程 监 测 点 的 位 移-时 间 变 化 数 据 ， 不 同 时 间 对 应 三 轴 合 成 位 移 云 图 见 图10， 对 应 的 各 向 、 合 成 位 移-时 间 分 布 特 征 曲 线 见 图11。 由 图11的 节 点 位 移 时 程 图 得 到 不 同 爆 心 距 和 高 程 的 峰 值 位 移 见 表7， 并 绘 制 折 线 图12。 241爆 破 2019年12月 万方数据 图10 合 成 位 移 云 图 Fig. 10 Synthetic displacement cloud picture 图11 节 点 位 移 时 程 图 Fig. 11 Time history diagram of nodal displacement 表7 数 值 分 析 三 向 峰 值 位 移 响 应 表 Table 7 Numerical analysis of peak displacement response in three directions 节 点爆 心 距／ m高 差H／ m 垂 向 位 移／ cm 切 向 位 移／ cm 径 向 位 移／ cm 合 成 位 移／ cm A21. 8100. 5850. 6280. 7040. 783 B31. 2180. 6100. 5330. 5720. 638 C51. 0240. 5610. 4850. 5020. 571 341第36卷 第4期 雷 振 ， 高 正 华 ， 左 宇 军 ， 等 台 阶 爆 破 振 动 传 播 规 律 及 动 力 响 应 特 征 研 究 万方数据 图12 各 向 峰 值 位 移 传 播 规 律 Fig. 12 Evolution law of the peak displacement 由 表7及 图12可 知 ， 垂 向 峰 值 位 移 随 爆 源 距 增 加 出 现 了 放 大 效 应 ， 而 径 向 和 切 向 峰 值 位 移 随 爆 源 距 的 增 加 呈 现 严 格 衰 减 的 变 化 趋 势 。此 外 ， 在 爆 源 近 区 ， 峰 值 位 移 衰 减 较 快 ， 径 向 和 切 向 峰 值 位 移 均 大 于 垂 向 峰 值 位 移 ； 在 爆 源 远 区 ， 峰 值 位 移 衰 减 较 慢 ， 垂 向 峰 值 位 移 在 经 过 放 大 效 应 后 大 于 径 向 和 切 向 峰 值 位 移 ， 这 是 由 于 高 程 作 用 下 鼓 包 运 动 增 大 了 峰 值 位 移 ， 弥 补 了 位 移 的 衰 减 损 伤 。注 意 到 合 成 峰 值 位 移 随 着 爆 源 距 的 增 加 而 严 格 衰 减 ， 并 没 有 出 现 放 大 效 应 ， 这 是 由 于 放 大 倍 数 难 以 抵 消 能 量 的 衰 减 ， 且 爆 源 近 处 衰 减 较 快 ， 远 区 较 慢 ， 与 数 值 模 拟 得 到 峰 值 振 速 的 变 化 规 律 保 持 较 好 的 一 致 性 。 根 据 现 场 实 测 和 数 值 模 拟 结 果 ， 基 于 最 小 二 乘 法 ， 拟 合 得 到 合 成 峰 值 位 移 与 合 成 峰 值 振 速 的 近 似 线 性 关 系 为 y ＝ 0. 18 ＋ 0. 74v（2） 式 中 y是 合 成 峰 值 位 移 ，cm；v是 合 成 峰 值 振 速 ，cm／ s。 根 据 爆 破 安 全 规 程 （GB67222014） 安 全 振 速 判 定 ， 根 据 最 大 危 害 原 则 ， 一 般 的 建 （ 构 ） 筑 物 其 允 许 安 全 振 速 不 超 过1.5 cm／ s， 民 房 处 于 安 全 状 态 。可 求 得 建 （ 构 ） 筑 物 结 构 允 许 的 峰 值 位 移 ， 进 而 可 从 标 准 上 、 材 质 结 构 上 双 向 判 定 材 料 是 否 损 伤 、 破 坏 等 规 律 ， 为 台 阶 爆 破 振 动 控 制 及 预 测 提 供 参 考 依 据 。 5 结 论 本 文 根 据 台 阶 爆 破 振 动 的 现 场 实 测 数 据 ， 对 测 点 的 峰 值 振 速 、 主 频 率 和 峰 值 位 移 等 进 行 了 全 面 的 分 析 ， 并 结 合 数 值 模 拟 方 法 进 行 了 对 比 验 证 研 究 。 现 场 实 测 和 数 值 模 拟 得 到 的 台 阶 爆 破 振 动 传 播 规 律 及 动 力 响 应 特 征 表 现 出 一 致 性 。 爆 源 近 区 的 峰 值 振 速 衰 减 较 快 ， 爆 源 远 区 的 峰 值 振 速 衰 减 较 慢 ； 垂 向 峰 值 振 速 出 现 高 程 放 大 效 应 ， 放 大 系 数 为1. 2倍 ， 但 合 成 峰 值 振 速 并 没 有 出 现 放 大 效 应 ， 主 频 率 与 合 成 峰 值 振 速 的 变 化 保 持 较 好 的 一 致 性 ， 总 体 呈 衰 减 趋 势 。根 据 爆 破 安 全 规 程 （GB67222014） 安 全 振 速 判 定 ， 本 台 阶 爆 破 实 验 中 民 房 所 处 位 置 的 振 动 速 度 处 于 安 全 范 围 ， 台 阶 爆 破 方 案 安 全 可 行 。 此 外 ， 位 移 响 应 特 征 规 律 与 振 速 变 化 趋 势 一 致 ， 其 中 ， 合 成 峰 值 位 移 与 合 成 峰 值 振 速 满 足 线 性 关 系 y ＝0. 18 ＋0. 74v。研 究 成 果 可 为 台 阶 爆 破 振 动 控 制 及 预 测 提 供 参 考 依 据 。 参 考 文 献 （References） ［1］ 雷 振.台 阶 爆 破 振 动 效 应 非 线 性 预 测 方 法 研 究 及 应 用 ［D］.北 京 中 国 矿 业 大 学 （ 北 京 ） ，2015. ［1］ LEI Zhen. Research and application on nonlinear predic- tion s of bench blasting vibration effect［D］. Bei- jingChina University of Mining ＆ Technology，Beijing， 2015.（in