爆破振動專題交流

1、內(nèi)容提要/10/101 爆破振動基本原理1爆破振動安全判據(jù)2爆破振動測試技術(shù)3爆破振動影響分析45常見降振減振辦法5爆破振動專題交流第1頁1 爆破振動基本原理1.1爆破內(nèi)部作用 依據(jù)巖石破壞特征，可將耦合裝藥條件下，受爆炸影響巖石分為3個區(qū)域:1)粉碎區(qū) 2)破裂區(qū) 3)震動區(qū) 破裂區(qū)外圍巖體中，應(yīng)力波和爆轟氣體能量已不足以對巖石造成破壞，應(yīng)力波能量引發(fā)該區(qū)域內(nèi)巖石質(zhì)點發(fā)生彈性振動，這個區(qū)域稱為震動區(qū)。爆破振動專題交流第2頁1 爆破振動基本原理爆破內(nèi)部作用R0-藥包半徑；R1-粉碎區(qū)半徑；R2-破裂區(qū)半徑爆破振動專題交流第3頁1 爆破振動基本原理1.2爆破震動傳輸規(guī)律 爆破地震波是一個彈性波，

2、它包含在介質(zhì)內(nèi)部傳輸體波和沿分層巖石層面?zhèn)鬏斆娌?。震動區(qū)能量僅占爆炸總能量很小部分，在巖石和干土中約為26，在濕土中約為56，在水中約為20%。震動區(qū)內(nèi)應(yīng)力波即使已經(jīng)大大衰減，這些含有一定強度小震幅震動仍足以使結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微破壞及發(fā)生不一樣程度損傷破壞。爆破振動專題交流第4頁1 爆破振動基本原理爆破振動含有以下特征 1爆破振動連續(xù)時間很短 普通一次振動只有幾十毫秒至幾百毫秒，即使對于多段微差爆破，其振動時間也在秒量級中。而天然地震振動時間長，普通一次振動能連續(xù)幾秒至十幾、幾十秒，所以其破壞能量往往比爆破振動大很多。爆破振動專題交流第5頁1 爆破振動基本原理2爆破振動頻率較高 普通主振頻率在550

3、0Hz，不易引發(fā)建筑物共振破壞，破壞性相對較弱。而天然地震頻率低，普通主振頻率為0.55Hz，這與大多數(shù)一、二層結(jié)構(gòu)民用建筑固有頻率412Hz比較靠近，易引發(fā)共振破壞，其破壞性強。 爆破振動專題交流第6頁1 爆破振動基本原理3爆破振動主頻受爆破類型影響大 普通爆破規(guī)模越大，其主振頻率越低。如隧道內(nèi)小直徑淺孔爆破產(chǎn)生振動，其主振頻率普通為40100Hz或100Hz以上；深孔爆破主振頻率為1060Hz；硐室爆破主振頻率普通小于20Hz；爆破振動專題交流第7頁1 爆破振動基本原理 拆除爆破主振頻率普通在1040Hz范圍內(nèi)，而且被拆除對象解體塌落振動主振頻率還要低一些，約在10Hz左右，其與普通民用建

4、筑物固有振動頻率比較靠近，應(yīng)該引發(fā)尤其重視。 爆破振動專題交流第8頁1 爆破振動基本原理4爆破振動主振頻率與傳輸介質(zhì)特征相關(guān) 普通來說，巖石越堅硬，其振動高頻成份越豐富，而在軟弱風化巖石或土層中，其振動高頻成份會很快衰減。爆破振動專題交流第9頁1 爆破振動基本原理允許地面質(zhì)點振動速度（）建筑物設(shè)計抗震烈度（度）表2 抗震烈度與對應(yīng)地面質(zhì)點振動速度大長低大地殼深處天然地震小短較高小地表（淺）爆破地震影響范圍連續(xù)時間振動頻率釋放能量震源深度 項目類別表1 爆破地震與天然地震比較爆破振動專題交流第10頁1 爆破振動基本原理1.3爆破振動影響原因 爆破產(chǎn)生振動影響主要原因一是爆破藥量大小，微差分段爆破

5、中決定振動大小藥量是最大單響藥量；二是爆炸地震波傳輸?shù)赜虻刭|(zhì)條件；三是振動保護對象與振源位置距離。 主要決定原因：藥量；距離；地質(zhì)地形條件。 其它影響原因：炸藥性能；藥包埋置深度；裝藥結(jié)構(gòu)；巖性和巖體結(jié)構(gòu)；高程差爆破振動專題交流第11頁1 爆破振動基本原理1.4爆破振動對建構(gòu)筑物破壞方式 (1)直接引發(fā)建 (構(gòu))筑物體破損。指單純強烈振動作用引發(fā)受震前完好且無異常應(yīng)力改變建筑物體破損。 爆破振動危害實例調(diào)查及其試驗研究表明, 建筑物直接破壞主要歸納為首次超越破壞和累積損傷破壞。爆破振動專題交流第12頁1 爆破振動基本原理 (2)加速建 (構(gòu))筑物體破損。對大多數(shù)處于軟弱地基上建 (構(gòu))筑物,

6、因為在使用期內(nèi)因某種原因(如差異沉降、溫度改變等振前受力情況)會在一定程度上受到損傷, 從而使得爆破振動引發(fā)附加力加速了這種損傷發(fā)展。爆破振動專題交流第13頁1 爆破振動基本原理 (3)間接引發(fā)建構(gòu)筑物體破損。對完好且無異常應(yīng)力改變建(構(gòu))筑物, 其破損是因為振動造成較大地基位移或失穩(wěn)(如飽和土軟化或液化、邊坡坍塌)所造成。 伴隨我國城市化及基礎(chǔ)建設(shè)蓬勃發(fā)展，致使工程爆破環(huán)境條件愈加復雜，加之公民安全和維權(quán)意識大幅提升，對爆破振動安全控制提出了更高要求。爆破振動專題交流第14頁2 爆破振動安全判據(jù)2.1爆破振動危害機制 大量現(xiàn)場試驗和觀察資料表明, 爆破振動強度與質(zhì)點振速大小相關(guān)性很好, 且振

7、速與巖土性質(zhì)有較穩(wěn)定關(guān)系; 而質(zhì)點振動位移及加速度都不含有質(zhì)點振動速度這一特征。 采取質(zhì)點振動速度能夠和振動波所攜帶能量及所產(chǎn)生地應(yīng)力相聯(lián)絡(luò), 并和結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生動能和內(nèi)應(yīng)力建立關(guān)系。爆破振動專題交流第15頁2 爆破振動安全判據(jù) 世界上多數(shù)國家和地域基本上都將振動速度作為制訂相關(guān)安全規(guī)程或規(guī)范 控制指標。我國首部全國性爆破安全規(guī)程GB6722-1986 也是采取質(zhì)點振動速度峰值作為安全判據(jù)。爆破振動專題交流第16頁2 爆破振動安全判據(jù) 把介質(zhì)質(zhì)點振動看作是簡諧運動, 其諧振速度為: v= 2 A f (1) 式中, v為質(zhì)點振動速度, m /s; A 為質(zhì)點振動幅值,m; f為質(zhì)點振動頻率, Hz

8、。 當結(jié)構(gòu)體受到擾動開始振動時, 由彈性力學理論有: = E (2)爆破振動專題交流第17頁2 爆破振動安全判據(jù) 式中, 為爆破振動在結(jié)構(gòu)體中產(chǎn)生應(yīng)力, MPa; E為結(jié)構(gòu)體彈性模量; 為結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生應(yīng)變。 依據(jù)波動理論, 有: = v/c, (3)式中, c為爆破振動波傳輸速度。 依據(jù)式 (2)和式 (3), 能夠得到應(yīng)力與質(zhì)點振動速度關(guān)系為: = Ev/c max = Evmax /c (4) 爆破振動專題交流第18頁2 爆破振動安全判據(jù) 爆破振動波在結(jié)構(gòu)體上產(chǎn)生應(yīng)力與質(zhì)點峰值振動速度成正比, 爆破振動波對結(jié)構(gòu)體作用是一個動態(tài)過程, 而結(jié)構(gòu)體中產(chǎn)生動態(tài)應(yīng)力是由質(zhì)點振動速度、介質(zhì)屬性和爆破振動

9、波在結(jié)構(gòu)體中傳輸速度等原因共同決定。 爆破振動作用下在結(jié)構(gòu)體內(nèi)產(chǎn)生動態(tài)應(yīng)力, 直接造成結(jié)構(gòu)破壞, 破壞程度取決于最大應(yīng)力。而最大應(yīng)力與爆破峰值振動速度含有直接聯(lián)絡(luò), 在特定結(jié)構(gòu)中，爆破振動破壞程度則完全取決于峰值振動速度。爆破振動專題交流第19頁2 爆破振動安全判據(jù)2.2 國外爆破振動安全判據(jù) 伴隨對爆破振動危害機制深入研究 ，發(fā)覺爆破地震對結(jié)構(gòu)危害不但與振動強度相關(guān)，還與頻率、連續(xù)時間等參量親密相關(guān)。如美國礦業(yè)局(USBM )和露天礦復墾管理局(OSMRE)提出安全標準以及德國DIN4150爆破振動安全標 準都考慮了振動速度峰值和頻率這兩個原因。爆破振動專題交流第20頁2 爆破振動安全判據(jù)

10、圖 1 美國 USBM 和 OSMSE安全標準爆破振動專題交流第21頁2 爆破振動安全判據(jù) 德國爆破振動安全標準是將建 (構(gòu) ) 筑物劃分為 3類, 以下表 所表示,而且綜合考慮了爆破振動速度峰值和振動頻率對建(構(gòu))筑物共同影響, 制訂出了不一樣頻率帶內(nèi)爆破振動速度控制標準作為安全判據(jù)。表3 德國爆破振動安全標準爆破振動專題交流第22頁2 爆破振動安全判據(jù) 法國爆破振動安全判據(jù)。法國對于人口稠密市區(qū)爆破振動安全判據(jù)標準要求嚴格, 爆破振動速度不得超出 10mm /s。 其它如瑞士爆破振動安全判據(jù)、德國爆破振動安全標準(DIN4150)、原民主德國家標準、英國爆破振動安全標準、英國噪音顧問協(xié)會(

11、ANC)提出爆破振動破壞判據(jù)、愛爾蘭國家公路部門(NRA)提出爆破振動破壞判據(jù)、印度礦山安全總局(DGMS)等提出爆破振動破壞判據(jù)爆破振動專題交流第23頁2 爆破振動安全判據(jù) 2.3 中國爆破振動安全判據(jù) GB6722-20036.2.1評價各種爆破對不一樣類型建(構(gòu))筑物和其他保護對象振動影響，應(yīng)采取不一樣安全判據(jù)和允許標準.6.2.2地面建筑物爆破振動判據(jù)，采取保護對象所在地質(zhì)點峰值振動速度和主振頻率;水工隧道、交通隧道、礦山巷道、電站(廠)中心控制室設(shè)備、新澆大致積混凝土爆破振動判據(jù)，采取保護對象所在地質(zhì)點峰值振動速度。安全允許標準以下表。爆破振動專題交流第24頁2 爆破振動安全判據(jù)序號

12、保護對象類別安全允許振速（cm/s） 10 Hz10 Hz50 Hz50 Hz100 Hz1土窯洞土坯房毛石房屋0.51.00.71.21.11.52普通磚房、非抗震大型砌塊建筑物2.02.52.32.82.73.03鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋3.04.03.54.54.25.04普通古建筑與古跡0.10.30.20.40.30.55水工隧道7156礦山巷道10207交通隧道15308水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備0.59新澆大致積混凝土：齡期：初凝3d齡期：3d 7d齡期：7d 28d2.0 3.03.07.07.012.0表 4 爆破震動安全允許標準爆破振動專題交流第25頁2 爆破振動安全判據(jù)注1：

13、表列頻率為主振頻率，系指最大振幅所對應(yīng)波頻率。注2：頻率范圍可依據(jù)類似工程或現(xiàn)場實測波形選取。選取頻率時亦可參考以下數(shù)據(jù):酮室爆破20 Hz；深孔爆破10 H 60 Hz；淺孔爆破40Hz100 Hza 選取建筑物安全允許振速時，應(yīng)綜合考慮建筑物主要性、建筑質(zhì)量、新舊程度、自振頻率、地基條件等原因。b 省級以上(含省級)重點保護古建筑與古跡安全允許振速，應(yīng)經(jīng)教授論證選取，并報對應(yīng)文物管理部門同意。c 選取隧道、巷道安全允許振速時，應(yīng)綜合考慮構(gòu)筑物主要性、圍巖情況、斷面大小、深埋大小、爆源方向、地震振動頻率等原因。d 非擋水新澆大致積混凝土安全允許振速，可按本表給出上限值選取。爆破振動專題交流第

14、26頁2 爆破振動安全判據(jù) GB6722-13.2.1評定爆破對不一樣類型建(構(gòu))筑物、設(shè)施設(shè)備和其它保護對象振動影響，應(yīng)采取不一樣安全判據(jù)和允許標準。13.2.2地面建筑物、電站(廠)中心控制室設(shè)備、隧道與巷道、巖石高邊坡和新澆大致積混凝土爆破振動判據(jù)，采取保護對象所在地基礎(chǔ)質(zhì)點峰值振動速度和主振頻率。安全允許標準見下表。爆破振動專題交流第27頁2 爆破振動安全判據(jù)表5 爆破振動安全允許標準序號保護對象類別安全允許質(zhì)點振動速度/(cm/s)f10Hz10Hzf50Hzf50Hz1土窯洞、土坯房、毛石房屋0.150.45(0.51.0)0.450.9(0.71.2)0.91.5(1.11.5)

15、2普通民用建筑物1.52.0(2.02.5)2.02.5(2.32.8)2.53.0(2.73.0)3工業(yè)和商業(yè)建筑物/鋼混2.53.5(34)3.54.5(3.54.5)4.25.0(4.25)4普通古建筑與古跡0.10.2(0.10.3)0.20.3(0.20.4)0.30.5(0.30.5)5運行中水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備/0.50.50.60.60.70.70.96水工隧洞/7157881010157交通隧道/10201012121515208礦山巷道/15301518182520309永久性巖石高邊坡59812101510新澆大致積混凝土(C20)：齡期：初凝3天/23齡期：3天

16、7天/37齡期：7天28天/7121.52.03.04.07.08.02.02.54.05.08.010.02.53.05.07.010.012.0爆破振動專題交流第28頁2 爆破振動安全判據(jù)爆破振動監(jiān)測應(yīng)同時測定質(zhì)點振動相互垂直三個分量。注1：表中質(zhì)點振動速度為三個分量中最大值，振動頻率為主振頻率。注2：頻率范圍依據(jù)現(xiàn)場實測波形確定或按以下數(shù)據(jù)選取：硐室爆破f小于20Hz，露天深孔爆破f在10Hz 60Hz之間，露天淺孔爆破f在40Hz100Hz之間；地下深孔爆破f在30Hz100Hz之間，地下淺孔爆破f在60Hz300Hz之間。爆破振動專題交流第29頁2 爆破振動安全判據(jù) 爆破振動專題交流

17、第30頁2 爆破振動安全判據(jù)其它建筑設(shè)施標準問題1）天然氣管道（埋地/隧道穿越/跨橋）2）高壓線塔基3）橋梁4）磚瓦/木瓦房屋5）三個分量中最大值/合速度值問題 爆破振動專題交流第31頁2 爆破振動安全判據(jù)爆破振動專題交流第32頁3 爆破振動測試技術(shù)3.1測試儀器以四川拓普NUBOX為例爆破振動專題交流第33頁3 爆破振動測試技術(shù)爆破振動專題交流第34頁3 爆破振動測試技術(shù)爆破振動專題交流第35頁3 爆破振動測試技術(shù)BM View工程爆破監(jiān)測專用測試分析軟件 集成薩道夫斯基經(jīng)驗公式，提供信號統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、文件管理、匯報生成等一系列完整處理方案。能直觀顯示爆破震動最大震速、主震頻率、數(shù)據(jù)波形，

18、爆破沖擊波壓力P-T曲線、壓力值等，并含有時域分析：波形跟蹤、一次微分、一次積分、相關(guān)分析、波形倒向、波形相加、波形相減、波形相乘、數(shù)字濾波、矢量疊加；頻域分析：FFT幅度譜、FFT相位譜、功率譜、傳遞幅度譜、Chip-Z變換等分析算法功效。爆破振動專題交流第36頁3 爆破振動測試技術(shù)3.2測試方法爆破振動專題交流第37頁3 爆破振動測試技術(shù)爆破振動專題交流第38頁4 爆破振動影響分析4.1設(shè)備輸出結(jié)果爆破振動專題交流第39頁4 爆破振動影響分析從波形識別干擾信號爆破振動專題交流第40頁4 爆破振動測試結(jié)果分析爆破振動專題交流第41頁4 爆破振動影響分析4.2參數(shù)分析 爆破振動分析兩個關(guān)鍵參數(shù)

19、是傳輸系數(shù)K和衰減系數(shù) 在無試驗數(shù)據(jù)條件下，可參考下表選取。表6 爆區(qū)不一樣巖性K、 值巖性Ka堅硬巖石501501.31.5中硬巖石1502501.51.8軟巖石2503501.82.0爆破振動專題交流第42頁4 爆破振動影響分析有大量測試數(shù)據(jù)回歸： 對公式V=K(Q1/3/R)a利用最小二乘法原理進行轉(zhuǎn)化換算以下 設(shè) xi=ln(Qi1/3/Ri)， yi=lnVi，用下式計算K、 值爆破振動專題交流第43頁4 爆破振動影響分析4.3振動影響結(jié)果評判4.3.1涉振對象土窯洞、土坯房、毛石房屋普通民用建筑物磚混為主工業(yè)和商業(yè)建筑物框架為主普通古建筑與古跡 爆破振動專題交流第44頁4 爆破振動

20、影響分析木瓦房？磚瓦房？ 爆破振動專題交流第45頁4 爆破振動影響分析遠區(qū)近區(qū)傳輸規(guī)律問題百分比距離R/Q1/310，可視為近距離震動； R/Q1/3 10可視為遠距離震動。近距離震動K值較大，可達500以上，值較大，可達2.03.0；遠距離爆破震動，衰減指數(shù)K=130500，=1.32.0。 爆破振動專題交流第46頁4 爆破振動影響分析裂縫成因問題 房屋出現(xiàn)裂隙裂紋原因各種多樣，其中除了爆破振動產(chǎn)生局部裂隙裂紋以外，建筑材料性能、晝夜或季節(jié)溫差改變、基礎(chǔ)不均勻沉降等原因也會產(chǎn)生房屋裂隙。爆破振動會使房屋產(chǎn)生局部裂隙裂紋或原有裂隙裂紋局部擴展，但普通爆破振動及微弱爆破振動不會對房屋主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生

21、破壞，不會影響民房正常居住使用。 爆破振動專題交流第47頁4 爆破振動影響分析地基基礎(chǔ)問題 爆破振動不但要考慮建筑物結(jié)構(gòu)形式，更要考慮地基基礎(chǔ)。應(yīng)該說大部份振動破壞都不是建筑結(jié)構(gòu)直接振裂破壞，而是地基基礎(chǔ)振動變形和位移造成結(jié)構(gòu)破壞案例占多數(shù)，所以除考慮不一樣結(jié)構(gòu)類型振速度標準外，還應(yīng)考慮不一樣地基類型振動標準。 爆破振動專題交流第48頁4 爆破振動影響分析4.3振動影響結(jié)果評判4.3.2振動影響現(xiàn)象 常見民房在各種原因作用下均會產(chǎn)生墻體或墻面裂紋裂隙，爆破振動強度到達一定程度后，也會使房屋屋面抹灰脫落、產(chǎn)生振動裂紋或使原有裂紋裂隙深入擴展伸長等振動影響現(xiàn)象。 怎樣判斷房屋裂紋裂隙是否由爆破振動

22、產(chǎn)生？ 必須有前后對比觀察 必須爆破前調(diào)查統(tǒng)計 爆破振動專題交流第49頁4 爆破振動影響分析4.3振動影響結(jié)果評判 爆破振動專題交流第50頁4 爆破振動影響分析上百次振動影響評定判定經(jīng)歷及資料 爆破振動專題交流第51頁4 爆破振動影響分析大范圍影響問題提議細分類 表7 爆破振動影響程度分類(含糊分類)民房類型規(guī)范標準V (cm/s)影響程度有顯著振動影響有普通振動影響有微弱振動影響無振動影響土坯毛石房屋0.45V 1.350.40V1.350.30V0.40V0.30普通民用建筑物2.0V 5.01.8V5.01.0V1.8V1.0工業(yè)商業(yè)建筑物3.5V 10.03.0V10.02.0V3.0

23、V2.0爆破振動專題交流第52頁4 爆破振動影響分析振動影響與震感問題 普通震感對應(yīng)量級約為0.1cm/s0.3cm/s，小于爆破安全規(guī)程爆破振動安全允許振動速度，僅有些人體震感和對民房有振動影響破壞是有顯著區(qū)分。必須區(qū)分有些人體震感和對民房有振動影響破壞這兩個截然不一樣概念。 爆破振動專題交流第53頁5 常見降振減振辦法5.1控制辦法分類 爆破震動危害控制方法大致有三種：一是針對爆源采取辦法；二是針對所控對象采取辦法；三是針對爆破地震波傳輸過程采取辦法。 爆破振動專題交流第54頁5 常見降振減振辦法5.2降振減振辦法(1)采取松動爆破和慎重爆破。 松動爆破在確保爆破效果條件下, 使爆破振動最小; 慎重爆破是在確保安全判據(jù)情況下, 進行爆破設(shè)計。爆破振動專題交流第5