台阶爆破岩石破碎楔块理论及数值模拟研究.pdf

第3 2 卷第3 期 爆破 V 0 1 ．3 2N 。．3 2 0 1 5 年9 月B L A S T I N G S e p ．2 0 1 5 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 5 ．0 3 ．0 1 0 台阶爆破岩石破碎楔块理论及数值模拟研究 杨军，任光，于琦，陈占扬 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京1 0 0 0 8 1 摘要在逐排或齐发爆破情况下，一般没有考虑岩石在单个炮孔爆破后产生的空间破碎形态问题。岩石 在爆炸作用下产生的空间破碎形态主要受岩石性质，自由面状况、炸药性能等因素影响。逐孔起爆改变了岩 石的自由面状况，进而对爆破效果产生了较大的影响。根据露天台阶爆破逐孔起爆条件下岩石动态破碎特 征，提出了露天台阶爆破岩石破碎楔块理论，分析了逐孔起爆条件下，体积公式计算炮孔装药量的局限。采 用有限元软件A B A Q U S ／E X P L I C T 中的C E L 方式加载爆炸载荷，并结合混凝土塑性损伤本构 C D P 建立了 双坡面三维台阶爆破模型，得到了不同时刻岩体内应力分布云图和裂纹扩展以及损伤演化情况。模拟结果 表明岩石爆破破碎楔块理论更加接近逐孔起爆条件岩石破碎状况，并有利于炮孔装药量计算。 关键词 台阶爆破；逐孔起爆；楔块理论；数值模拟；药量计算 中图分类号T D 2 3 5 ．4 7文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 3 0 0 5 5 0 7 W e d g eT h e o r yo fR o c kF r a g m e n t a t i o nf o rB e n c h B l a s t i n ga n di t sN u m e r i c a lS i m u l a t i o n Y A N GJ u n ，R E NG u a n g ，Y Uq i ，C H E NZ h a n 一弦增 S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fE x p l o s i o nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， B e i j i n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ，B e i j i n g1 0 0 0 81 ，C h i n a A b s t r a c t I nr O W b y r o wo rs i m u l t a n e o u sb l a s t ，g e n e r a l l yt h er o c kf r a g m e n t a t i o ns h a p ep r o b l e mi sn o tt a k e ni n t o a c c o u n ta f t e ras i n g l eb o r e h o l ei n i t i a t i o n ．T h er o c kf r a g m e n t a t i o ns h a p eu n d e rt h eb l a s t i n gi sp r i m a r i l yi n f l u e n c e db y t h er o c kp r o p e r t y ，f r e es u r f a c ec o n d i t i o na n de x p l o s i v ep r o p e r t y ．T h ef r e es u r f a c ec o n d i t i o ni sc h a n g e db yh o l e - b y h o l e i n i t i a t i o n ，w h i c hh a sg r e a ti n f l u e n c eo nt h eb l a s t i n ge f f e c t ．T h ew e d g es h a p et h e o r yo ft h er o c kf r a g m e n t a t i o nr a n g ei n o p e n - p i tb l a s t i n gi sp r e s e n t e da c c o r d i n gt ot h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fr o c kf r a g m e n t a t i o no fo p e n - r p i tb e n c hb i a s - - t i n gu n d e rt h ec o n d i t i o no fh o l e b y h o l ei n i t i a t i o n ．T h ev o l u m ef o r m u l ah a sc e r t a i nl i m i t a t i o n si nt h ec a l c u l a t i o no f b o r e h o l ec h a r g e ．T h ed u a ls l o p et h r e e d i m e n s i o n a lb e n c hb l a s t i n gm o d e li se s t a b l i s h e d ，a n dt h ee x p l o s i o nl o a d t h r o u g ht h eC E Lw a yo ft h ef i n i t ee l e m e n ts o f t w a r eA B A Q U S ／E X P L I C I T ，a n dt h ec o n c r e t ep l a s t i cd a m a g ec o n s t i t u t i v e m o d e l C D P a r ea d o p t e d ．T h er o c km a s ss t r e s sc o n t o u r s ，c r a c kp r o p a g a t i o na n dd a m a g ee v o l u t i o no fd i f f e r e n tm o m e n t sa r eo b t a i n e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ew e d g es h a p et h e o r yo fb l a s t i n gi sc l o s e rt ot h er o c kf r a g m e n t a t i o ni n h o l e b y - h o l eb l a s t i n ga n df u r t h e rh e l p f u lt od e s i g na n dc a l c u l a t et h ec h a r g ew e i g h t ． K e yw o r d s b e n c hb l a s t i n g ；h o l e - - b y ．h o l ei n i t i a t i o n ；w e d g et h e o r y ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；c h a r g ew e i g h td e s i g n 随着高精度雷管的推广，逐孔爆破技术已获得 广泛的应用，但有关逐孑L 爆破的破岩机理及装药量 收稿日期2 0 1 5 - 0 7 1 0 作者筒介杨军 1 9 6 0 一 ，男，教授、博士生导师，从事工程爆破与 安全研究， E m a i l y a n g d b i t ．e d u ．C r l 。 计算目前仍没有得到应有的关注。逐孔起爆技术是 露天台阶爆破实现炮孑L 孔问延时起爆的一种爆破技 术。与传统的排间起爆技术相比，逐孔起爆技术具 有炸药利用率高，爆破振动效应小，并能显著提高铲 装效率及综合效益等优势，已成为了爆破技术发展 万方数据 5 6爆破2 0 1 5 年9 月 的必然趋势。 图1 所示为2 0 1 4 年6 月2 71 3 作者在首钢矿业 水厂铁矿露天台阶一1 4 0m 水平进行的爆破对比实 验效果。试验中 B l a s t 2 0 1 4 0 6 2 7 采用了逐孔起爆 技术，试验爆破区域右侧区域 B l a s t 2 0 1 4 0 6 2 1 为 排间斜线起爆爆破区域，两个爆区除采用不同的起 爆方式外，孔网、炮孔装药量等其它爆破参数一致。 实验结果表明采用逐孑L 起爆技术取得了较好的岩石 破碎效果。 图l 逐孔起爆与排间起爆爆破试验的效果对比 F i g ．1 C o n t r a s t so ft h er e s u l to fb l a s t i n g e x p e r i m e n tw i t hd i f f e r e n ti n i t i a t i o n 自2 0 世纪5 0 年代以来，爆破漏斗的理论及其 实验作为合理选择爆破参数、提高爆破效率的基础。 尽管广泛使用的柱状装药与集中装药的岩石破坏形 态存在差别，但漏斗理论仍一直被视为爆破设计的 药量计算依据。早期爆破机理研究认为应力波是岩 石爆破破碎的主要作用。反射波片落破岩理论认 为⋯在漏斗爆破中，岩石的破坏主要是由于反射 波作用引起的拉伸式片落破坏，其片落范围是由自 由面伸向药包中心。随着爆生气体准静态压力作用 破碎理论的提出心J ，共同作用的理论逐渐发展和完 善口J 。目前，能得到广泛承认的是爆炸应力波与爆 生气体共同作用破碎岩石的理论M 5J 。 利用计算机模拟手段建立理论模型来模拟爆破 破岩过程，是探求爆破作用对岩石内部破坏的影响 规律的方便手段。目前，正在应用的数值分析方法 中，有限元 F E M 分析方法仍占据主要地位M 引，离 散元 D E M 分析方法也有一定的应用一’1 0J 。 旨在针对露天台阶爆破逐孔起爆特点，提出新 的适应爆破设计药量计算的岩石爆破破碎理论。并 采用A B A Q U S 模拟柱状药包作用下露天台阶爆破 岩石的破碎过程，通过逐孔起爆条件下单个炮孔爆 破破碎岩石的过程模拟，证实岩石破碎的楔形理论。 1 露天台阶爆破岩石破碎过程分析 炸药在岩体中爆炸后，爆炸冲击波的作用范围 很小，在这个范围内会形成粉碎区。随后在粉碎区 外，冲击波转变为爆炸应力波，岩石在爆炸应力波的 作用下破碎成块。爆炸气体的准静止力作用在爆炸 应力波作用的基础上进一步使岩体内部的破裂得到 加强和补充。岩体在爆炸应力波的作用下，内部会 产生大量的新生的破坏面，其分布状况由应力波能 量的三维分布状况所决定的1 | 。 1 ．1 岩石破碎区域的理论计算 耦合装药条件下柱状药包爆炸后，向岩体施加 一个冲击载荷，按声学近似原理有[ 1 2 ] 肌∥ 劲。c ，⋯ m2 呵i 而 u ， 式中p 。为透射入岩石中的冲击波初始压力，M P a ； P 。为炸药的装药密度，k g ／m 3 ；p 。为岩石的初始密 度，k g ／m 3 ；C o 分别为岩石中的弹性纵波波速，m ／s ； D 为炸药的爆速，m ／s ；y 为爆轰产物的膨胀绝热指 数，一般y 3 。 冲击波在粉碎区外转变为应力波，岩体中的应 力波在任意一点引起的应力状态为[ 1 3 1 径向应力 o r ， P d r l 2 切向应力 O r 口 一A O r ， 3 轴向应力 O r 口 肛 O r 。 O r ， 4 式中r i 为计算点到装药中心的距离，i n ；r 。为炮孔 半径，1 1 1 ；r r i ／r 。为对比距离；“为压力衰减系数， 对于冲击波区d 一3 ；A 为侧向压力系数，A 与岩石 的动态泊松比和爆炸应力波转播距离有关。在爆源 附近A 值较大，A 一1 ；随着距爆源的距离增大，A 值 迅速减小，并趋于一个只依赖于动态泊松比的固定 值，A 肛／1 一p 。 岩石属于脆性材料，其抗拉强度明显低于抗压 强度。爆炸作用下，岩体中的粉碎区是压缩破坏的 结果，而裂隙区是拉伸破坏的结果。岩体中任意一 点的有效应力强度O r i 的表达式 盯i 々，[ 1 A 2 一钆 1 一肛 1 一A 2 √Z 1 A 2 ] 丁 5 式中．O r 以为岩石的单轴动态抗压强度；O r 坩为单轴动 态抗拉强度。根据M i s e s 准则，如果o r i ≥矿以则为粉 碎区；如果O r i ≥盯埘则为裂隙区。 1 ．2 楔块破碎体理论 J K M R C 破碎模型认为4 | ，爆破作用下岩体产 万方数据 第3 2 卷第3 期杨军，任光，于琦，等台阶爆破岩石破碎楔块理论及数值模拟研究 5 7 生破碎的机理有两种。一是接近炮孔的岩石受压缩 的破坏，二是岩体受到的拉伸破坏。在炮孔周围的 垂直方向的破坏区域是相同的，在水平方向上压缩 破坏区是圆环形，拉伸破坏区域是一个较为规则的 四边形。这种规整的立方体爆破范围显然没有考虑 炮孔所处位置的不同自由面对爆破效果的影响。 将图2 炮孔置于台阶爆破典型环境，即可得到 图3 所示逐孔起爆条件下台阶爆破单孑L 破碎岩石的 楔块破碎体。露天台阶爆破岩石破碎楔块理论认 为在逐孔起爆条件下各孔所分担的岩石破碎范围 不仅与孔距、排距和台阶高度有关，还受到该孔所处 位置自由面条件的影响，尤其是同排前一延时间隔 起爆相邻孔破碎质量的影响。 煮一一 图2J K M R C 岩百破碎模型 F i g ．2J K M R Cr o c kf r a g m e n t a t i o nm o d e 图3 澳肜放眸理论模型 F i g ．3W e d g es h a p ef r a g m e n t a t i o nm o d e l i n g 因为每孔起爆时不仅可以利用前排炮孔提供的 自由面，还可利用同排前一延时间隔起爆相邻孔提供 的自由面，所以在水平方向上，岩石的破碎范围呈现 平行四边形；加之台阶坡面角存在，单孔岩石破碎体 不是立方块，而是随台阶坡度变化的斜立方体。因 此，逐孔起爆条件下台阶爆破单孑L 破碎岩石范围呈现 楔块形破碎块。图4 所示为北京理工北阳爆破设计 软件 B I TB L A S T 逐孑L 计算各孔爆破范围的情景。 图4 逐孔起爆的楔形体 F i g ．4H o l e b y h o l ei n i t i a t i o nw e d g es h a p e 2 炮孔装药量的计算 2 ．1 逐排起爆 合理地确定炮孑L 装药量与炮孔的布置、起爆顺 序同样都是爆破设计和施工中的重要内容，工程中 才常采用依据工程实践经验总结出的体积公式。 体积公式的实质是装药量的大小与岩石对爆破 作用力的抵抗程度成正比，即装药量的大小应与被 爆破的岩石体积成正比。在露天台阶爆破时一般采 用的体积公式为纠 Q L 0 lXq 6 y v d S XBXD 7 式中Q 为装药量，k g ；Y v 。。为爆破体积，m 3 ；g 为爆 破单位体积岩石的炸药消耗量，k g ／m 3 ；S 为炮孔孔 距，m ；B 为炮孔排距，m ；D 为台阶高度，m 。 排距曰可由下式计算6 J B f 攀 “5 1 1 2 D 。 8 、 I L ，。 I 式中D 。为炮孑L 直径，m ；S G 。为炸药的密度，k g ／m 3 ； ．s G ，为岩石的密度；k g ／m 3 。 从上述公式表明 1 装药量Q 与所爆岩石体积y v d 成正比。 2 爆破单位体积岩石的炸药消耗量q 不随岩 石体积的变化而变化。 在逐排起爆条件下，排与排之间的负担都是相 同的。某一排内的炮孔同时被起爆，在这些炮孔的 共同作用下，有一定量的岩石被破碎。因为，每排的 负担是相同的，所以从数学上平均到单个炮孔的负 担体积也就是体积公式对应的体积量。由于，体积 公式只是计算出每个炮孔所能分担的装药量，其比 较适用于齐发爆破或逐排起爆条件。 2 ．2 逐孔起爆 在逐孔起爆条件下，已经起爆的炮孔在岩体内 万方数据 5 8 爆破 2 0 1 5 年9 月 会造成某种程度的破坏。所以，炮孔周围形成了一 定宽度的裂隙及附加的自由面，这为后续炮孔破碎 岩石创造了有利的条件。炮孔周围的岩体距自由面 越近，岩体内的拉伸主应力增长的越显著，在拉伸应 力状态下，自由面附近的岩体易于被破坏。由于，已 经起爆的炮孔产生了新的自由面，改变了后起爆炮 孔的最小抵抗线，进而改变了该炮孔爆破作用的方 向。因此，在某种程度上，逐孔起爆技术能够减小岩 石抛掷距离与爆堆的宽度，并能充分利用岩块动能。 岩块在运动过程中相互碰撞，改善了破碎质量。 在逐孔起爆条件下，体积公式用来确定炮孔装 药质量是不准确的。逐孔起爆使得岩石破碎的作用 机理发生改变，它增加了岩石破碎的自由面作用。 逐孔起爆与排间起爆相比较，自由面由两个增至为 三个，增强了岩石的破碎作用。更为重要的是，在逐 孔起爆条件下，因为炮孔是逐个起爆的，相邻的炮孔 之间会发生相互影响，每个炮孔所负担的体积可能 发生改变因为延期时间和相邻孔的破碎质量。每个 炮孑L 所负担的岩石体积也不能简单的认为是爆破方 量与炮孔数量的均值。为了精确计算单个炮孔的装 药量，不但需要考虑孔与孔之间的延期时间，也必须 明确炮孔爆破后产生的破碎空间形态。 结合前述楔块理论，在逐孔起爆条件下单孔药 量可按下式计算 Y v 。l kxSxB D 9 式中k 为相邻炮孔破碎质量调整系数，与孔间延时 间隔t 及炮孔密集系数m m S ／B 有关。 3 数值模拟研究 采用A B A Q U S 有限元分析软件，对爆炸冲击载 荷下岩石的破碎行为进行了三维有限元动力数值模 拟。使用经典的J w L 状态方程计算炸药爆炸的化 学能释放产生的压力，采用了A B A Q U S 中的损伤塑 性本构，分析爆炸压力作用下岩石的损伤分布。 3 ．1 台阶模型的建立 所建立的计算模型是一个三维分析模型，用它 模拟一半无限域岩体内一柱状装药爆炸后爆破漏斗 的形成过程。计算模型为一定坡度的露天台阶，在 距离台阶顶部自由面垂直距离为1 3 ．5m 的位置布 置半径2 0 0m m 的炮孔，装药高度为8m ，起爆点设 置在炮孔底端。台阶的具体参数如表1 所示。 表1 台阶参数 T a b l e1 P r o p e r t i e so fb e n c h 图5 中，双坡面台阶主体采用拉格朗E l 网格，前 边界，左边界、右边界为自由面，在其他方向上建立 无反射单元，形成无反射边界。在炮孔周围为欧拉 网格，使用C E L 算完成进行炸药和拉格朗日岩石单 元的耦合。总共划分了1 5 万个节点和1 4 万单元。 图5 数值计算模型 F i g ．5 N u m e r i c a lc a l c u l a t i o nm o d e l 3 ．2 炸药与岩石的选取 利用A B A Q U S 软件模拟爆破漏斗的形成过程 时，合理地确定炸药爆炸产生的载荷对模拟结果的 准确性有着非常重要的影响。为了避免直接加载压 力一时间载荷时，不能确定加载圆柱面所在位置的问 题，采取流．固耦合方式进行加载。采用经典J W L 状态方程计算计算爆压力载荷，J w L 方程方程和选 取参数如下刊 P A ，一南 e 吨7 召 一南 e 也” 字 o 式中P 为爆炸压力；A 、B 、R 。。R 、f O 均为实验拟合 参数；e 为内能比；玩为炸药初始内能；V 为相对体 积。岩石的材料参数弹性模量E 2 0 e 9P a ；泊松比 肚 0 ．1 5 ；密度P 2 ．4 1 0 3k g ／m 3 。见表2 。 表2 炸药材料参数 T a b l e2 P r o p e r t i e so fe x p l o s i v e 。毒髻Ⅵ苎警。，∥G h B ／G h 霞，尺形‰ 1 0 0 04 0 0 02 0 00 ．1 84 ．2 0 ．90 ．1 50 选取的岩石本构为A B A Q U S 提供的混凝土损伤 塑性模型 C D P 模型 。C D P 模型基于L u b l i n e r ，L e e 万方数据 第3 2 卷第3 期杨军，任光，于琦，等台阶爆破岩石破碎楔块理论及数值模拟研究 5 9 和F e n v e s 提出的损伤塑性模型发展而来[ 1 8 ’1 9 1 ，该模 型考虑了材料拉压性能的差异，是分析循环加载和动 态加载条件下结构力学响应的一种普适材料模型。 C D P 模型假定材料主要因拉伸开裂和压缩破碎而破 坏。屈服或破坏面的演化由两个变量拉伸等效塑性 应变和压缩等效塑性应变控制。使用的C D P 模型参 数和岩石材料计算参数如表3 、表4 所示。 表3 C D P 模型参数 T a b l e3 P r o p e r t i e so fC D Pm o d e l 表4 岩石材料计算参数 T a b l e4 P r o p e r t i e so fr o c km a t e r i a l 抗压强度／非弹性损伤抗拉 开裂损伤 M P a 应变因子强度／M P a 应变因子 r 【a JO0 3 ，M i w 、} 、j ，J a 0 ．38M i s e ss t r e s s 3 ．3 A B A Q U S 模拟结果分析 在爆炸载荷下，冲击波在传播过程中，由于能量 的快速消耗，其峰值压力降低，很快衰减为压缩应力 波，其作用范围也很小，一般不超过装药半径的3 ～ 7 倍。O ．0 3S 岩体内部的损伤分布如图6 所示。 从图6 中可以看出，在模型计算过程中，发生压 缩损伤的岩体主要位于炮孔周围较近的区域，其它 区域的破坏是由于拉伸应力主导的；下面对拉伸破 坏进行详细分析。台阶模型中岩石受到拉伸损伤的 范围如图7 所示。 红色和蓝色区域代表了拉伸损伤的发展程度。 为了对损伤岩石的内部进行分析，在0 ．0 3S 时刻，沿 着炮孔高度，分别在4 ．5 、6 ．5 、8 ．5 、1 0 ．5 、1 2 ．5 、1 8m 处共取六个水平方向切面，如图8 所示。 ◆ b JO ．0 3s 压缩损移j b 0 ．0 3Sr e d u c ed a m a g e 图60 ．0 3S 岩体损伤分布 F i g ．6 D i s t r i b u t i o no fd a m a g eO n0 ．0 3S 从图8 看以看出，由于应力波在两个自由面的 反射作用，在炮孔和两个自由面之间，拉伸破坏区域 出现了富集现象，且拉伸裂隙更倾向于在炮孔和自 由面之间出现和发展，且在抵抗小较小处产生的拉 伸破坏更强。从产生的拉伸损伤区域来看，接近于 一个楔形的损伤区域。由于爆炸应力波作用下在台 阶的4 ．5 1 8m 处产生了楔形的损伤体，在应力波 作用之后，楔形损伤体在爆生气体的准静态作用下 膨胀和抛掷，首先在台阶底部形成楔形空间。在爆 生气体的作用下，下部产生的裂纹的扩展、贯通到上 部岩石，上部岩石最终也被破坏。岩体受到爆炸作 用后，形成的损伤破坏空间分布形态，其立体形状如 万方数据 爆破 2 0 1 5 年9 月 图9 所示。 一蛩。z j j 麓 箩 籀强 - - I - 霞 一薏 蔓 一五I ；l i 静 棼_ 墓。⋯i 羹鬟 a 4 ．5 m 懑 r 蔷杂黪孥 ‘十～萄； 熏 图7 拉伸损伤分布 F i g ．7 D i s t r i b u t i o no ft e n s i l ed a m a g e 图8 拉伸损伤水平分布图 F i g ．8 T e n s i l ed a m a g ed i s t r i b u t i o n si nt h eh o f i z o n t a l 由于已经得到了岩石在0 ．0 3s 时刻各个水平 的拉伸损伤，我们做以下分析在相同条件下，越接 近自由表面，岩石中损伤和破坏的发展趋势更加明 显。岩石中的损伤贯穿后，岩石这里变得不稳定，另 外，越接近无限介质，岩石中的损伤发展越困难。基 于上述分析，将损伤分布中接近于无限介质方向拉 万方数据 第3 2 卷第3 期杨军，任光，于琦，等台阶爆破岩石破碎楔块理论及数值模拟研究 伸损伤的端点与端点间连接起来。若损伤已经贯通 到自由面处，则将其与自由面连接，自由面的边界看 作一条界线，这将会形成一个闭合的环形线。接下 4 结语 一50 ，～ - 50 S ，一～广2 0 5 2 0 2 5 图9 F i g ．9 来，从下到上逐一做出不同水平的闭合曲线，这些闭 合的曲线再用线连接起来，就形成一个立体的形状， 这就是爆破破岩产生破碎体的空间形状。 r 2 - 5 5 x - - - - 2 - _ 。15 一面厂、_ 了 Z 岩右破碎楔形体 W e d g es c h e m a t i cv i e w s 分析了露天矿台阶爆破逐孔起爆条件下炮孔装 药量的计算问题，并提出了岩石破碎的楔块理论。 采用了A B A Q U S 软件对露天台阶爆破岩石破碎的 动力学行为进行了三维弹塑性碎裂有限元数值模 拟。模拟结果显示在逐孔起爆条件下，单个炮孔爆 炸产生的岩石破碎形态是产生一个楔形破碎体，其 与单自由面球形装药产生的爆破漏斗有很大不同， 在岩石破坏的作用方式上也有较大的不同。根据楔 块理论，可以优化爆破设计，精确计算炮孔装药量， 提高岩石爆破破碎效果。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 参考文献 R e f e r e n c e s H I N OK ．F r a g m e n t a t i o no fr o c kt h r o u g hb l a s t i n ga n ds h o c k w a v et h e o r yo fb l a s t i n g [ C ] ／／T h e1s tU SS y m p o s i u mo n R o c kM e c h a n i c s U S R M S ．A m e r i c a nR o c kM e c h a n i c sA s - s o c i a t i o n ，1 9 5 6 1 9 1 - 2 0 9 ． L A N G E F O R SU ，K I H K S T RMB ．T h em o d e r nt e c h n i q u eo f r o c kb l a s t i n g [ M ] ．J o h nW i l e y ，N e wY o r k ，1 9 6 3 4 0 5 ． K U q T E RHK ，F A I R H U R S TC ．O nt h ef r a c t u r ep r o c e s si n b l a s t i n g [ C ] ／／I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fR o c kM e c h a n i c s a n dM i n i n gS c i e n c e s G e o m e c h a n i e sA b s t r a c t s ．P e r g a - n o n ，1 9 7 1 ，8 3 1 8 1 - 2 0 2 ． H A G A NTN ．R o c kb r e a k a g eb ye x p l o s i v e s [ J ] ．A c t aA s t r o n a u t i c a ，1 9 7 9 ，6 3 3 2 9 - 3 4 0 ． B H A N D A R IS ．O nt h er o l eo fs t r e s sw a v e sa n dq u a s i - s t a t i cg a sp r e s s u r ei nr o c kf r a g m e n t a t i o nb yb l a s t i n g [ J ] ．A c t a A s t r o n a u t i c a ，1 9 7 9 ，6 3 3 6 5 - 3 8 3 ． [ 6 ] M AGW ，A NXM ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o no fb l a s t i n g i n d u c e dr o c kf r a c t u r e s [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fR o c k M e c h a n i c sa n dM i n i n gS c i e n c e s ，2 0 0 8 ，4 5 6 9 6 6 - 9 7 5 ． [ 7 ] S A Z I DM ，S I N G HTN ．T w o d i m e n s i o n a ld y n a m i cf i n i t e e l e m e n ts i m u l a t i o no fr o c kb l a s t i n g [ J ] ．A r a b i a nJ o u r n a lo f G e o s c i e n c e s ，2 0 1 3 ，6 1 0 3 7 0 3 - 3 7 0 8 ． [ 8 ] C H OSH ，K A N E K OK ．I n f l u e n c eo ft h ea p p l i e dp r e s s u r e w a v e f o r mo nt h ed y n a m i cf r a c t u r ep r o c e s s e si nr o c k [ J ] ． I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fR o c kM e c h a n i c sa n dM i n i n gS c i e n c e s ，2 0 0 4 ，4 1 5 7 7 1 - 7 8 4 ． [ 9 ] D O N Z EFV ，B O U C H E ZJ ，M A G N I E RSA ．M o d e l i n g f r a c t u r e si nr o c k b l a s t i n g 『J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l o f R o c kM e c h a n i c sa n dM i n i n gS c i e n c e s ，1 9 9 7 ，3 4 8 1 1 5 3 ．1 1 6 3 ． [ 1 0 ] Y uY ，S A X E NH ．E x p e r i m e n t a la n dD E Ms t u d yo fs e g r e g a t i o no ft e r n a r ys i z ep a r t i c l e s i nab l a s tf u r n a c et o p b u n k e rm o d e l [ J ] ．C h e m i c a lE n g i n e e r i n gS c i e n c e ，2 0 1 0 ， 6 5 1 8 5 2 3 7 - 5 2 5 0 ． [ 1 1 ] J uY ，W A N GHJ ，Y A N GYM ，e ta 1 ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o n o fm e c h a n i s m so fd e f o r m a t i o n ，f a i l u r ea n de n e r g y d i s s i p a t i o ni np o r o u sr o c km e d i as u b j e c t e dt ow a v es t r e s - s e s [ J ] ．S c i e n c eC h i n aT e c h n o l o g i c a lS c i e n c e s ，2 0 1 0 ， 5 3 4 1 0 9 8 1 1 1 3 ． [ 1 2 ] P E R S S O NPA ，H O L M B E R GR ，L E EJ ．R o c kb l a s t i n g a n de x p l o s i v e se n g i n e e r i n g [ M ] ．C R CP r e s s ，B o c aR a t o n ，F l o r i d a ，1 9 9 3 1 2 5 - 1 2 6 ． [ 1 3 ] w u L ，L uWB ，Z O N GQ ．D i s t r i b u t i o no fe x p l o s i v ee n e r g yc o n s u m e db yc o l u m nc h a r g ei nr o c k [ J ] ．R o c ka n d S o i lM e c h a n i c s ，2 0 0 6 ，2 7 5 7 3 5 - 7 3 9 ． 下转第9 0 页 1lI●●j●●；，●■l●●101，10，J●●；，一 拍 ∞ 坫 m ， 0 k 1lIl，1l●●●■●，●，●]，lI●1{ll一 笛 ∞ 加 ， 0 k 万方数据 爆破 2 0 1 5 年9 月 02 04 06 08 01 0 012 0 频带 图1 8 功率密度谱 F i g ．1 8 P o w e rd e n s i t rs p e c t r u m 爆破震动信号的频率成分相当复杂，小波变换 可以给出爆破振动能量的时．频分布特征，更好地满 足爆破振动非平稳随机特征分析的要求。时域上的 爆破信号经小波变换后，被分解成为不同频带下的 小波系数之和，并且这一步得到的小波系数仍有时 域特性，从而可以对信号在时间一频率域内进行更细 致的观察。在分析爆破地震输入结构物的能量特性 的时候，先把信号以不同的分辨率分解到几个子频 带，然后分频带进行信号的能量分析，即可得到输入 能量的时一频特性，从而进一步提取对结构引起有害 振动的分量，再结合关键保护目标的结构频响特性， 给出准确的结构安全预测结果。这对工程设计具有 重要的参考意义。 4 结论 1 爆破振动不同于天然地震动，爆破振动的 振动时间很短，从几毫秒到几百毫秒不等。在一般 情况下，水平径向振动持续时间最短，垂直方向振动 持续时间最长，而且频率成分最复杂，水平切向振动 持续时间处于中间位置。 2 振动信号的时一频分布出现多个子中心，通 常采用一个主频率的分析方法可能对信号的特这描 述的不够准确，以后的研究中，应该注意到多个子频 带的情况。 3 爆破振动波是随机性的瞬态波形，含有丰 富的谐波频率，具有一定的频带宽度。爆破振动能 量主要集中在1 9 ．5 3 1 3 1 2 ．5H z 的频带，与核岛厂 房等其他大型建筑物的固有频率 0 1 0H z 相比， 一般不会造成由共振引起的建筑