频率因素对爆破振动影响的分析探讨.pdf

第2 9 卷第4 期 2 0 1 2 年1 2 月 爆破 B L A S T D 叮G V 0 1 ．2 9 N o ．4 D e c ．2 0 1 2 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 2 ．0 4 ．0 3 1 频率因素对爆破振动影响的分析探讨． 胡冬冬，程康，刘阳，吴其泰 武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉4 3 0 0 7 0 摘要分折总结了目前国内外对于爆破振动频率的研究成果，提出了折合振动速度这一概念，主要探讨 考虑频率因素影响条件的爆破振动计算公式。通过分析得到动态影响系数曰，，对根据萨式公式进行回归的 经验公式进行修正，并结合工程实例验证。结果表明理论计算折合振速与实测折合振速相差率基本控制在 1 0 ％以内。 关键词爆破振动；计算公式；影响系数；主振频率 中图分类号7 Ⅳ5 4 2文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 x 2 0 1 2 0 4 0 1 2 7 0 4 D i s c 砸s i o no fB l a s t i n gV i b r a t i o nE 仃e c to nF r e q u e n c yF a c 衙C O n m t i 伽 五四D o 粥一幽昭，仍吲V G ‰昭，删y 口粥，嬲Q f 咖i S c h 0 0 lo fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e ，W u h a l IU n i v e 鹅i t yo fT e c l l I l o l 0 留，W u h 锄4 3 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t B 髂e do nt h er e s e a r c ho fb l 髂t i n gv i b r a t i o nf r e q u e n c y } l 啪e 翻da h o a d ，出ec o n e e p to fe q 垃i V a k mv i - b r a t i o nv e l o c i t yw a sp u tf o r w a r da n dt h ec a l c u l 砒i o nf 0 Ⅱn u l ao fb l a s t i n gv i b r a t i o nc o n s i d e r i n gt h ei l u e n c eo f 矗e q ∞n c yf 如t o rw a sd i s c u s s e d ．T h ed y n 砌i ci m l u e n c ec o e f f i c i e n t 研w a sa c h i e v e db 鹊e do na n a l y s i s ，觚dt h e nt h ee m p i r i c a l f o r m u l aw a so b t a i n e dw i t l lS a t y p er e 伊e s s i o nf o r m u l aw h i c hw a sc o r r e c t e d8 r dv e r m e di nt } 屺p r a c t i e a le n 垂n e e r i n g p m j e c t s ．R e s u h ss h o wt h a tt h ee r r o rr a t e o fe q u i V a l e n tV i b r a t i o nV e l o c i t yb e t w e e nt l l e o r e t i c a lV a 玉u e s 髓dp 豫c t i c a lV a l - u e sw 酗c o n 昀l l e dw i t h i na b o u t1 0p e r c e n t ． K e yw O r d s b l a s tv i b m t i o n ；c a l c u l a t i o nf o r r n u l a ；i n n u e n c ec o e m c i e n t ；m a i nv i b r a t i o nf r e 掣e n c y 1 问题的提出 目前，我国爆破工程界对于爆破振动速度的计 算，大多采用前苏联学者萨道夫斯基提出的经验公 式进行回归计算，采用单一质点振速作为爆破振动 控制标准n 2 ] ，此方法应用时间较长，计算简便。但 是大量实验监测数据表明，对于大体积混凝土结构 物，即使振动速度超过安全允许振速，结构物并没有 破坏。因此，光靠单一质点振速作为爆破振动控制 标准这是存在缺陷的，必须同时考虑频率等其它影 响因素综合评价一堪J 。为此，我国2 0 0 3 年在原有的 收稿日期2 0 1 2 一0 6 1 0 作者简介胡冬冬 1 9 8 6 一 。男，湖北省武汉人，武汉理工大学土木 工程与建筑学院研究生，主要从事爆破动力学方面研究， E m a i l h u d o n g t u m u 1 6 3 ．c o m 。 爆破安全规程基础上，进行了修正，考虑了频率影 响。但是新规范对于频率的影响，采用分段考虑，这 对于工程实际应用不好掌握，特别是对于新浇大体 积混凝土并没有考虑频率这一影响因数，如何定量 考虑频率影响，这是值得研究的新课题。 根据国内外研究成果分析总结_ 可知，建 构 筑 物在爆破地震作用下，其破坏程度与爆破地震引起 的地面质点振动速度成正比，与频率比 郢地面震 动频率与结构物自振频率人之比 的常用对数成反 比。自振频率与爆破引起的质点振动频率越是接 近，越容易发生共振现象，造成构筑物振动破 坏∞{ ] 。文献[ 7 ] 将振动强度和振动响应频率结合 起来评价建筑物的爆震效应程度，如将折合振动速 度作为爆破地震的评定标准，得到一个折合系数 万方数据 爆破2 0 1 2 年1 2 月 母，根据现场测试数据计算折合振速，其经验公式为 髟 B ，y 1 式中吩为折合速度，c n ／s ；毋为跟频率有关的动态 响应影响系数；y 为地面质点振动速度，c n ／s 。 2 考虑频率影响的爆破振动速度计算 公式 通过目前国内外研究成果及大量分析，结合萨 道夫斯基提出的经验公式，9J ，提出如下考虑频率 影响爆破振动速度理论计算模型 吩2叫灞“㈩ 式中曰，为跟频率有关的动态响应影响系数；诈为考 虑频率影响质点爆破振动速度峰值，c n ∥s ；K 为与地 质、爆破方法等因素有关的系数；a 为与地质条件有 关的地震波衰减系数；Q 为与振速y 值相对应的最大 一段起爆药量，k g ；R 为测点与爆心的直线距离，m 。 下面结合目前国内外已有的研究成果以及具体 工程实例数据对公式 2 进行探讨，确定其是否具 有一定参考实用价值。 2 ．1 动态响应影响系数B ，的理论计算模型 文献[ 7 ] 中给出了跟频率有关的动态响应影响 系数B ，计算公式，其经验公式如下 曰r l ／[ ％l g 妊 ] 3 热％为频率比例触徽嚣蓦二三； 矗为构筑物的自振频率，一般小于1 0H z ；，为所测 质点振动速度，H z 。 2 ．2 频率．厂的理论计算模型 总结分析目前国内外研究成果，在一定爆破条 件下，文献[ 8 ] 中通过量纲分析法得到质点的爆破 振动频率的相似准数方程，其爆破振动主频率的预 测公式具有如下形式 ，拿f 担1 1f 4 1 。 代、R ／ 、7 式中，为表示特定爆破条件下，某质点的振动频 率；K 、位，是与爆区地质条件、介质性质和局部场地 条件等有关的系数；Q 为与振速y 值相对应的最大 一段起爆药量，k g ；R 为测点与爆心的直线距离，m 。 主频率预测公式在表达形式上与振速公式一 致，具有明显的物理意义，而且和目前关于爆破振动 频率衰减特性的研究结果相吻合[ 8J 。在爆破条件 一定的情况下，质点振速及主振频率受最大一段起 爆药量Q 和距离爆源的距离尺的影响最大。 3工程实例 3 ．1 工程概况 清远抽水蓄能电站位于广东省清远市清新县太 平镇境内。地理位置处于珠江三角洲西北部，直线 距广州7 5k m ，距清远市3 2k m 。站址属于北江下游 和珠江三角洲的北缘、北江一级支流秦皇河。电站 地下厂房位于水道线中部，该处地形较完整，地面高 程为3 6 0 ～5 l om 左右，厂房埋深2 8 0 ～4 0 0m ，地下 厂房深埋于微风化一新鲜的燕山三期花岗岩中，岩 体新鲜完整。 地下厂房开挖至第3 层时，距离已浇筑岩锚梁 较近，爆破作业几何中心距离岩锚梁的最近直线距 离仅为2 0m 左右，围岩为新鲜花岗岩，岩体新鲜完 整，爆破振动对岩锚梁影响显著，因此必须进行爆破 振动监测，采用控制爆破技术确保岩锚梁的安全和 施工进度。 3 ．2 测试方案 测试主厂房第Ⅲ层爆破开挖对岩锚梁振动影 响。岩锚梁混凝土期龄达到2 8d 后，沿地下厂房爆 破开挖方向，在地下厂房两边岩锚梁上布设爆破振 动监测点，试验测点布置示意图见图l 。爆破网路 采用毫秒微差分段起爆网路，爆破开挖采用中部拉 槽，上下游侧预留保护层开挖的方式以减小爆破 振动影响。炮孔直径为3 2 ．Om m ，炮孔深为4 ．0 6 ．Om ，分5 段起爆，最大一段起爆药量Q 4 0 ．4k g 现场统计 。其中预裂爆破单段药量最大达到 2 6 0 ．4k g 。 严严 7o ood x q 、 蘑菇嚣落鳓- 葭濯 一滟刘 熙 赠 杈 上 图l 测点布置示意图 F 远．1 M e 鹊u r e m e n tp o i n tl a y o u ts c h e m 砒i c 3 ．3 爆破参数及监测结果 地下厂房爆破开挖时，岩锚梁质点振动速度和 质点主振频率具有代表性的部分测试数据如表l 所示。 万方数据 第2 9 卷第4 期胡冬冬，程康，刘阳，等频率因素对爆破振动影响的分析探讨 表1主厂房爆破地震波作用下的岩锚梁质点振动速度和主振频率 T a M el T h e 订b m t i 蚰v e l ∞i t ya n d 、，i b 腿6 伽f h q u e n c y0 fr ∞k 卸c h o 鞠妒b 朗mu n d 盯协ee m 娥 o fm 洳p o w e rp I a n t ’sb l a s 吐n gv i b r 咖n 4 考虑频率影响的折合振速 通过前苏联学者萨道夫斯基提出的经验公式进 行回归分析，可以得到与地质、爆破方法等因素有关 的系数K 和与地质条件有关的地震波衰减系数a ， 得到的K 、“值以及相关性系数r 如下【9 1 水平纵向K 1 3 7 ．8 8 ，0 [ 1 ．5 l O ，相关性系数 r 0 ．9 4 垂直方向K 1 3 3 ．6 ，仪 1 ．4 4 1 ，相关性系数 r 0 ．9 l ； 水平横向K 1 5 1 ．7 4 ，a 1 ．4 7 3 ，相关性系数 r O ．9 4 。 同理，通过式 4 同样回归分析，可以得到是与 爆区地质条件、介质性质和局部场地条件等有关的 系数K ，和与d ，，得到的K 。、％值以及相关性系数r 如下㈨ 水平纵向K 1 5 9 2 ．5 2 ，a 1 一O ．9 2 5 4 ，相关性 系数r O ．9 4 ； 垂直方向K 4 1 4 ．6 7 ，吐l 一1 ．1 2 2 3 ，相关性 系数r 0 ．9 2 ； 水平横向墨 4 2 7 ．1 7 ，a 1 一1 ．1 2 4 5 ，相关性 系数， 0 ．9 3 。 为安全起见[ 1 们，假定取岩锚梁自振频率为 1 0H z ，通过表1 可知，础 5 ，取频率比系数％取 2 ，然后根据式 1 、式 2 、式 3 、式 4 和回归出 来的K 、a 及K ，、a ，系数计算得到的实测折合振速和 理论计算折合振速如表2 所示。 表2 主厂房爆破地震波作用下的岩锚梁质点实测折合振速和理论折合振速比较 ’r 曲l e2’I h ec 咖p a r i s 蚰0 fm e 硝u r e da n dt h ∞r e 6 c a lr e d u 咖v i h Ⅺ6 嘲V d o c i t yo fr o c ka n c h ‘啊龄 b 翰mu n d 盯t h ee 像赋o fm 矗i I lp 0 怫e rp l 柚r sb l 酗雠g 硼b r a 缸o n 测点号 厦感篮麴暹廑[ i 翌 丞垩丛囱垂直囱丞垩横囱 监测值萎熬篓萎监测值妻茂纂萎监测值委熬霎菱 万方数据 1 3 0爆破 2 0 1 2 年1 2 月 5 控制标准及分析 根据爆破安全规程 G B 6 7 2 2 2 0 0 3 中对于 安全振速的规定，新浇混凝土允许质点峰值振动速 度如表3 所示旧J 。由于岩锚梁在爆源附近浇筑时间 达到2 8d ，根据施工方相关设计文件规定，为安全起 见，最终确定岩锚梁允许质点峰值振速为7c - n ／s 。 表3 新浇混凝土允许质点峰值振动速度 T a M e3F r 髂hc 蚰c r e t et 0a l l o wt h ep e a l 【 p a r t i d ev i b 瑚嘣o nw 埘哪 鳖塑 垒迕亟盛堕堕堡壅』 竺 12 1 ～32 ～3 3 ～73 ～7 7 ～2 87 ～1 2 据现场测试数据可知，监测到最大振速达到2 9 ． 5 9 9c n l ／s ，超过设计规定的安全振速7c r n ／s ，还超过 爆破安全规程规定的极限值1 2c ∥s ，但是岩锚梁 并没有破坏。根据表2 可知，考虑频率影响折合振速 都在规程规定的范围值以内，因此从理论上我们可以 解释前面为何所测质点振速超过规程规定值而岩锚 梁没有破坏，这就是考虑频率影响的折合振速。 6结语 1 对于在完整新鲜的花岗岩地区，在进行爆 破振动安全评价分析时，爆破振动动态影响系数曰， 值近似取0 ．4 0 ．5 。 2 统计各测点爆破振动的主振频率发现，测 点振动的主振频率9 5 ％以上集中在7 0 ～2 0 0H z 之 间，岩锚梁自振频率一般在1 0H z 以下，玩 5 ，因 此不可能会发生共振现象，有利于岩锚梁的安全。 3 表2 显示，实测折合振速与通过经验公式 回归计算的理论折合振速进行比较得知，相差率基 本控制1 0 ％以内，足够工程上应用，式 2 应用更能 符合现场实际，因此折合振速理论计算公式可以用 如下简单公式表示 ，3 _ 8 秽， 曰函f 巡l ’ 。、R ， 4 当玩 5 时，B ， 1 ，计算折合振速是减小 的，不会发生共振现象，爆破振动有利于构筑物的安 全；当纸 5 时，B r 可能等于或者大于l ，计算折合 振速可能是增大的，可能发生共振现象，爆破振动不 利于构筑物的安全。 参考文献 弛疵r 明c 铭 [ 1 ]中华人民共和国国家标准编写组．爆破安全规程 G B 7 2 2 2 0 0 3 [ s ] ．北京北京标准出版社，2 0 0 4 ． [ 1 ] 1 h eN a t i o I l a ls t a n d a I d sC 0 n 班l a t i o n ‰u po f 脚l e ’sR 争 p I l b l i co fC I l i I l a ．s a f 嘶m l e s0 fb l 器t i n g G B 7 z 卜_ 2 0 0 B [ s ] ．B e i j 堍s t 蚰d a I d sP 您so fB e i j 岫，2 0 0 4 ． i nC I l i n e ∞ [ 2 ] 程康，祝文化，王清华．岩土开挖工程爆破[ M ] ．武 汉武汉理工大学出版社，2 0 0 8 ． [ 3 ] 许红涛，卢文波．几种爆破震动安全判据[ J ] ．爆破， 2 0 0 2 ，1 9 1 8 - 1 0 ． [ 3 ] x uH o n g - t a o ，L uw e n b o ．A d v a I l c eo ns a f e t yc r i t e r i af o r b l a s t i n gv i b r a t i o [ J ] ．B l 粕t i n g ，2 0 0 2 ，1 9 1 8 - 1 0 ． i n C h i n e 8 e [ 4 ]毛志远，徐全军．考虑频率影响的爆破震动安全判据 的工程实践[ J ] ．工程爆破，2 0 0 1 ，7 3 1 9 - 2 2 ． [ 4 ] M A 0Z h i y u 锄，x UQ u a n - j u n ．A ne n 西n e e r i n gp r a c t i c eo n s 如t yc r i t e r i o no fb l 晒t i n gv i b r a t i o nc o n s i d e r i n gt h ee c t o f ‰q u e n c y [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l 硒t i n g ，2 0 0 1 ，7 3 1 9 - 2 2 ． i nC h i n e s e [ 5 ] 王永庆，魏晓林，夏柏如，等．爆破振动频率预测研究 [ J ] ．爆破，2 0 0 7 ，2 4 4 1 7 - 2 0 ． [ 5 ]w A N GY o n g - q i n g ，w E Ix i ∞一l i n ，x I AB a i m ，e ta 1 ．S t u d y o nf o m c ∞to fb l 鹊t i I 增s e i s m o t i cf 南q u e n c y [ J ] ．B l 嬲t i n g ， 2 0 0 7 ，2 4 4 1 7 - 2 0 ． i nC h i n e s e ， [ 6 ] 李孝林，王少雄，高怀树．爆破振动频率影响因素分析 [ J ] ．辽宁工程技术大学学报，2 0 0 6 。2 5 2 2 0 4 ．2 0 6 ． [ 6 ]u Ⅺ∞- l i n ，w A N Gs h a o 一 c i ∞g ，G A OH u a i s h u ．A n 由s i s o ff 8 c t o 玛a 如c t i l l gb l a 8 t i n gv i b r a t i o n 如q l l e n e y [ J ] ．J o u r ． I l a l0 f “∞n i l l gT e c h n i c a lu I l i v e 璐畸，2 0 0 6 ，2 5 2 2 0 4 - 2 0 6 ． i nC h i m s e [ 7 ] 焦永斌．爆破地震安全评定标准初探[ J ] ．爆破，1 9 9 5 ， 1 2 3 4 5 4 7 ． [ 7 ] J I A 0Y o n g ．b i n ．E x p l 哪t i o n0 fb l 鹊t i n g8 e i 8 m i cs a 鲫∞- s e s 8 m e ms t a n d 盯d s 【J ] ．B l 髂t i n g ，1 9 9 5 ，1 2 3 4 5 - 4 7 ． i nC h i n e s e [ 8 ] 张立国，龚敏，于亚伦．爆破振动频率预测及其回归分 析[ J ] ．辽宁工程技术大学学报，2 l D 0 5 ，2 4 2 ；1 8 7 一1 8 9 ． [ 8 ]z H A N G “- g u o ，G o N GM i n ，Y uY a l u n ．F b r e c a s t 眦dr e - F e s s i o n 蛐a l y s i so fb l 嬲t i n gv i b r a t i o nf k 寸u e n c y [ J ] ．J o u r - n a l0 f “a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e 玛i t y ，2 0 0 5 ，2 4 2 1 8 7 - 1 8 9 i nC h i n e s e [ 9 ] 李新平，陈俊桦，李友华．某地下厂房岩锚梁爆破振动测 试与研究[ J ] ．武汉理工大学学报，2 0 0 9 ，3 1 1 6 6 7 - 7 1 ． [ 9 ]ux i n - p i n g ，c H E NJ u n - h u a ，uY o u h u a ．T e s ta n dr e - s e a r c ho nb l a s t i n gv i b I m i ∞r o c k 一蚰c h o r e db e 啪i n 锄 u n d e r g r 叫n dp o w e r } l o u s [ J ] ．J o u m a lo fw u h 粕u n i V e 璐i t y o fT e c h 肿l o g y ，2 0 0 9 ，3 1 1 6 6 7 ．7 1 ． i nC h i n e 8 e [ 1 0 ] 饶增，傅洪贤，薛吴博．隧道爆破施工对初期支护 的影响及安全振动速度探讨[ J ] ．2 0 1 0E 1 ⅣI r r A 2 0 1 0I n t e m a t i o n a lC o 出r e n c eo nM 肌孵m e r I tS c i e n c e a n dE 玎爵r 妣五n g 3 5 9 - 3 6 2 ． [ 1 0 ] R A 0z 肌g ，F uH o n g - x i 蚰，x u EH a o b 0 ．T u n 聃lb l a s t 她 e 饪e c to np r i m a r ys u p p c I na n dt h es t u d y0 fs 8 f 音t yv i b r 8 - t i o nv e l o c i t v [ J ] ．2 0 1 0E ’m ／I I T A2 0 l OI H 把m a t i o r d C o n f e r e n c eo nM a n a g e m e n tS c i 衄c ea n dE n 画n e e r i n g 3 5 9 - 3 6 2 ． i nC } l i n e s e 万方数据