爆破地震效应及其控制措施分析.pdf

第 “卷第期 “ “ 年月 爆破 “ 3 * 2 . / , C ’ 8 , N ; B 8 9 8 ; L 6 , / 3 9 -K ’ 9 B , L K ; B B 8 J 8 , B 收稿日期 “ “ . - . - 5 作者简介 李彬峰， 男； 北京 铁道建筑研究设计院 - 引言 爆破震动不仅影响爆破作业区邻近建、 构筑物 的安全， 还影响开挖山体的边坡稳定， 甚至还会导致 局部或大面积的滑坡。科学技术的发展、 数学方法 及其各种测试软件的应用， 使得爆破震动的研究工 作取得了一定的成绩， 研究的方法和角度也呈现出 多样化 ［- - “］ 。爆破地震效应是一个相对复杂的课 题， 目前尽管具有一定量的测试资料， 但是许多问题 还没有从根本上得到解决， 所以在工程中就往往存 在考虑不周的情况。 爆破地震效应的危害 - 对边坡的危害 边坡的稳定主要受开挖山体的岩性、 岩石的完 整程度及岩石的自然安息角 （内摩擦角） 等影响。边 坡的坡度应该考虑其影响因素及边坡的服务年限 等。这里所说爆破地震对边坡的危害专指高陡边 坡， 亦即露天矿山随开采深度的不断加深， 生产台阶 不断下移而形成的高徒边坡。它的稳定性主要由矿 山工程地质条件， 如矿岩物理力学性质、 结构构造、 开采方法及采场结构参数决定， 此外生产中各种爆 破的震动影响更是危害边坡的主要因素， 在节理、 裂 隙发育及破碎带较多的地区尤为突出。 矿山生产爆破是一个反复持久的过程， 爆破产 生的动载冲击作用日积月累， 使各种破坏效应得到 不断加强和延续， 产生近似材料的蠕变或岩石内部 的损伤积累， 当其超过边坡稳定的临界值时， 就会发 生边坡的失稳。 通过对边坡动力稳定的观测 ［］ 可知 （-） 滑坡事故多发生在不稳定边坡地区， 同时多 发生在雨季或冬季冰冻时节， 所以， 水在一定程度上 对边坡的滑落起促进作用； （） 爆破震动对大边坡及稳定的梯段边坡无明 显影响， 而对不稳定鸡坡有显著影响， 一是对爆区附 近被保国围岩的直接破坏， 二是爆破地震效应直接 触发滑体滑落； 万方数据 （） 爆破震动对边坡稳定的影响是可以控制的。 “ “ 对结构的危害 不同类型建筑物 （如木结构、 砖石结构、 钢筋混 凝土结构等） 有着各自的固有频率、 阻尼比， 遭遇爆 破地震波的作用时， 效应可能会有较大差异。爆破 时的地震波的作用引起地面运动， 并通过建筑物的 基座将其爆破地震动传递给建筑物的上部结构， 使 得建筑结构发生振动。当结构构件的振动应力大于 构件材料的强度极限时， 就会造成结构构件甚至整 个结构的破坏； 若结构振动位移过大， 会造成结构强 度的破坏， 或过大变形而不能满足正常使用要求。 爆破地震效应的影响因素分析 结构或岩体本身 爆破安全规程（ ’ “ “* ’） 中给出了不同 结构下的所允许的质点振动速度， 而对应于不同爆 破振动速度具有不同的破坏程度。结构越坚固， 其 抗震能力越高； 岩体完整性愈好， 抗震性能也越好。 应将结构本身的抗地震烈度与由爆破引起的振动速 度联系起来综合考虑。 卓越周期 文献 ［］ 建议在选择合理的微差爆破时间间隔 时， 应考虑附近重要建筑物地基的卓越周期。给 出了最佳减震的的微差爆破时间间隔 “ （） 是将总装药量分为等重量的段数，为自然数。 即当微差间隔时间接近建筑物地基卓越周期的 一半， 且为偶数时， 可以得到较好的减震效果。 “ 爆破地震烈度与爆破振动速度 设计中应考虑爆破地震烈度与最大振速的对应 关系， 具体如表。 表爆破地震烈度与最大振速对照表 ［ ］ 爆破地震烈度 最大振速, ／ - . / 爆破地震烈度 最大振速, ／ - . / 0 “’ “ ’ “0 “ “ 0 1’ “ “ 0 1 “ 0 ** “ “ “ 1 10 * “ 23“ 1 “ 1 * 2 2 “ 0 0 “ ““ 1 * “ 爆破方法 “ 微差起爆技术 合理选用微差爆破的时间间隔， 可以有效降低 地震效应。先爆孔可以为后炮孔提供有效临空面， 要想减小爆破地震效应， 必须采用适当的时间间隔， 否则不但不减震， 反而还会增大地震效应。如假设 地震波为正弦波 ［］ ， 三段微差且时间间隔“ ／ （为振动周期） 时， 合成的波在理论上应等于 零， 对应于减震效果最好； 而当4／ ’时， 非 但不能减震， 反而增加了振动强度， 比齐发爆破振动 还要强。 “ “ 预裂爆破技术 文献 ［ 0］ 表明， 预裂爆破降展效果较好， 可达 1 0 5“2 0 5， 与齐发爆破相比采用多段微差爆破降 震率可达 0 5“2 0 5。预裂爆破技术在实施中强 调预裂孔的同时起爆， 虽然是一种小孔距、 不偶合装 药， 由于本身一次起爆孔数较多， 因此造成的爆破震 动也不容忽视。预裂爆破本身的缺点使得我们在生 产中， 为取得较好的降震效果， 应尽可能分散集中药 包， 降低最大一段药量， 合理选择孔网参数与起爆间 隔时间。 频率和振动强度 地震波的主频率范围为0 2 “ “ 0 0 6 7， 大小取决 于传播介质， 由于土壤的吸收系数比岩石大， 高频部 分易被吸收， 且其传播距离往往比在岩石中短。而 建、 构筑物在爆破作用下破坏的最主要因素是振动 强度和振动频率。一般地， 建筑物的自振频率较低， 所以在其他条件相同的情况下， 低频波比高频波对 建筑物的危害大。同时结构动力学证明， 结构受到 主频率不同振动激励时响应程度也不同。文献 ［3］ 认为 主振相频率是随装药量的增加而递减的， 上中 频率较低， 岩石则较高。此外， 振动持续时间在一定 程度上反映了爆破震动衰减快慢。当爆区附近存在 较发育的节理、 裂隙、 溶洞时， 爆破震动衰减较快。 实践证明， 有无减震沟或卸载槽也将直接影响 着爆破地震效应的波及范围和程度。 1 减小爆破地震效应的措施 1 认真调查现场、 做好爆破设计 好的爆破设计， 才会有好的爆破效果。设计前 必须做好现场调查工作， 力求取得尽可能多的信息， 包括 爆区周围环境、 工程的具体要求、 爆体的几何 或外形特征、 土岩介质的性质、 地形条件、 爆源和结 构的相互关系、 结构物本身的状况、 结构物的抗震等 级等。历史和有关的经验教训证实 一切爆破事故 （包括因震动原因引起） 的发生均与设计时的考虑不 周有关。 1 “ 减小总装药量尤其是最大一次起爆药量 国内外的大量实测结果表明 反映爆破震动强 度的各物理量与装药量、 爆心距、 岩土性质及场地条 件等因素有关， 均给出了大致相同的经验公式 ［］ 1* 爆破 “ 0 0 年’月 万方数据 “ ’ （） 式中，为反映爆破震动强度的物理量 （振动速度 或加速度） ；为装药量， 分段装药时， 为最大一次 起爆药量；为测点至爆源中心的距离； 、、’分别反映不同爆破方式、 地质、 场地条 件等因素的系数。 式中，正是反映了装药量或最大一次起爆药 量， 这说明爆破震动的强度大小直接与装药量有关。 “ 合理选择微差间隔时间 关于微差间隔时间对爆破震动的影响， 爆 破工作者有着不尽一致的认识。有的认为只有满足 微差间隔时间为某一值时， 震动强度才最小， 偏离这 一值， 震动强度则会增大 ［］ ； 也有的认为每段只使 用一个孔的毫秒延迟爆破的震动强度不受微差间隔 时间的影响。实际上， 微差间隔时间对爆破震动频 率产生影响， 如爆破产生的地震频率与附近建筑物 自振频率接近一致时， 则可能引起结构物剧烈震动， 甚至导致较大程度破坏。研究发现， 齐发爆破的震 动频率较小， 而微差爆破的震动频率较高， 同时高频 地震波振幅小， 在传播中衰减快。 通过频谱分析可以获得爆破震动特性， 依此选 择较为合理的微差间隔时间， 从而有效地控制爆破 震动的主频率。 “ “ 合理开挖减震槽、 波震沟及预裂缝 爆破时， 在建筑物附近挖一条一定深度的沟槽， 可以有效降低建筑物受到的爆破震动。文献 ［“］ 中 应用动光弹方法进行了地震波与沟槽及建筑物基础 相互作用的全场动态研究， 定性地分析了相互作用 过程中的动力学问题。研究表明 在建筑物基础附 近开挖具有一定深度的沟槽， 对于降低爆破地震波 对建筑物的危害具有明显的效果； 能有效地降低作 用在基础上的地震波强度的沟槽的； 临界深度为瑞 利波波峰深度的 “倍， 当槽深小于瑞利波波峰深度 的倍时， 两者间应力场较强； 槽的宽度增加对于地 震波的传播影响不大。 预裂爆破在爆区进行大规模爆破作业前， 在设 计轮廓线上形成具有一定宽度、 深度和延伸范围的 预裂缝， 通过预裂缝的隔震作用， 达到防止或降低主 爆破产生的爆炸应力波对保留岩体的破坏和损伤。 文献 ［］ 通过爆炸应力波与预裂缝的相互作用分析 认为 预裂缝对爆炸应力波具有高频滤波作用， 同时 为防止预裂缝在人射爆炸应力波的作用下产生团 合， 必须保证预裂缝面间具有足够的宽度； 此外， 预 裂缝充水后其隔震效果会显著降低， 对软岩影响更 为明显。 “ 重视爆破振动测试 在一定的条件下， 岩体的振动参数 （如速度、 加 速度、 频率） 大小及分布规律与爆破方法和爆破参数 有关， 同时又与保护对象的破坏效应相关。所以往 往在爆破前， 要进行小范围的试爆， 以获取较为可靠 的参数 ［’］ ， 从而可以有效控制或减小爆破震动破坏 范围， 提供所能允许的爆破方法和相应的爆破参数。 结论 近几十年来有关爆破震动的研究均围绕着质点 的爆破震动速度、 加速度等， 也曾利用频谱分析、 小 波分析、 动力有限元分析和傅立叶变换等进行地震 波的频率和强度的研究， 但是爆破工程的复杂性决 定了继续做好有关爆破地震动的科研工作的持久 性。 参考文献 ［］ 李宏男， 王炳乾， 林皋爆破地震效应若干问题的探讨 ［］爆炸与冲击， * * （） , ’ ［］ 马建军， 蔡路军， 叶洲元， 等高陡边坡爆破减震问题的 探讨 ［］有色金属 （矿山部分） ， - - （） , ［］ 韩子荣震动对边坡稳定的影响 ［］爆破器材， * . （） . , - ［“］ 朱振海， 杨永琦沟槽对建筑物减震作用的动光弹研究 ［］爆炸与冲击， * . * （） , * ［］ 卢文波， 赖世驱， 董振华岩石钻爆开挖中预裂缝的隔 震效果分析 ［］爆炸与冲击， * * ’ （） * , * . ［］ 李的林， 高振儒， 朱立新爆破震动危害中几个重要因 素分析 ［］工程爆破， * * * （） “ ’ ［’］ 孟吉复， 惠鸿斌爆破测试技术 ［/］北京 冶金工业出 版社， * * ［.］ 刘建亮工程爆破测试技术 ［/］北京 北京理工大学 出版社， * * “ ［*］ 张电吉爆破震动对边坡的影响 ［］爆破， * * （） . , ［ -］ 张志呈浅谈评价爆破地震效应的方法和标准 ［］爆 破器材， * * . （） , ［ ］ 朱传统， 梅锦“ 爆破安全与防护 ［/］北京 水利电力 出版社， * * - ［ ］ 范磊， 沈蔚爆破振动频谱特性实验研究 ［］爆 破， - - （“） . , - ［ ］ 何姣云等， 大坝爆破震动的动力响应计算 ［］爆破， - - （“） . 第 -卷第期李彬峰爆破地震效应及其控制措施分析 万方数据