爆破振动专题交流

1、内容提要/10/101 爆破振动基本原理1爆破振动安全判据2爆破振动测试技术3爆破振动影响分析45常见降振减振办法5爆破振动专题交流第1页1 爆破振动基本原理1.1爆破内部作用 依据岩石破坏特征，可将耦合装药条件下，受爆炸影响岩石分为3个区域:1)粉碎区 2)破裂区 3)震动区 破裂区外围岩体中，应力波和爆轰气体能量已不足以对岩石造成破坏，应力波能量引发该区域内岩石质点发生弹性振动，这个区域称为震动区。爆破振动专题交流第2页1 爆破振动基本原理爆破内部作用R0-药包半径；R1-粉碎区半径；R2-破裂区半径爆破振动专题交流第3页1 爆破振动基本原理1.2爆破震动传输规律 爆破地震波是一个弹性波，

2、它包含在介质内部传输体波和沿分层岩石层面传输面波。震动区能量仅占爆炸总能量很小部分，在岩石和干土中约为26，在湿土中约为56，在水中约为20%。震动区内应力波即使已经大大衰减，这些含有一定强度小震幅震动仍足以使结构发生轻微破坏及发生不一样程度损伤破坏。爆破振动专题交流第4页1 爆破振动基本原理爆破振动含有以下特征 1爆破振动连续时间很短 普通一次振动只有几十毫秒至几百毫秒，即使对于多段微差爆破，其振动时间也在秒量级中。而天然地震振动时间长，普通一次振动能连续几秒至十几、几十秒，所以其破坏能量往往比爆破振动大很多。爆破振动专题交流第5页1 爆破振动基本原理2爆破振动频率较高 普通主振频率在550

3、0Hz，不易引发建筑物共振破坏，破坏性相对较弱。而天然地震频率低，普通主振频率为0.55Hz，这与大多数一、二层结构民用建筑固有频率412Hz比较靠近，易引发共振破坏，其破坏性强。 爆破振动专题交流第6页1 爆破振动基本原理3爆破振动主频受爆破类型影响大 普通爆破规模越大，其主振频率越低。如隧道内小直径浅孔爆破产生振动，其主振频率普通为40100Hz或100Hz以上；深孔爆破主振频率为1060Hz；硐室爆破主振频率普通小于20Hz；爆破振动专题交流第7页1 爆破振动基本原理 拆除爆破主振频率普通在1040Hz范围内，而且被拆除对象解体塌落振动主振频率还要低一些，约在10Hz左右，其与普通民用建

4、筑物固有振动频率比较靠近，应该引发尤其重视。 爆破振动专题交流第8页1 爆破振动基本原理4爆破振动主振频率与传输介质特征相关 普通来说，岩石越坚硬，其振动高频成份越丰富，而在软弱风化岩石或土层中，其振动高频成份会很快衰减。爆破振动专题交流第9页1 爆破振动基本原理允许地面质点振动速度（）建筑物设计抗震烈度（度）表2 抗震烈度与对应地面质点振动速度大长低大地壳深处天然地震小短较高小地表（浅）爆破地震影响范围连续时间振动频率释放能量震源深度 项目类别表1 爆破地震与天然地震比较爆破振动专题交流第10页1 爆破振动基本原理1.3爆破振动影响原因 爆破产生振动影响主要原因一是爆破药量大小，微差分段爆破

5、中决定振动大小药量是最大单响药量；二是爆炸地震波传输地域地质条件；三是振动保护对象与振源位置距离。 主要决定原因：药量；距离；地质地形条件。 其它影响原因：炸药性能；药包埋置深度；装药结构；岩性和岩体结构；高程差爆破振动专题交流第11页1 爆破振动基本原理1.4爆破振动对建构筑物破坏方式 (1)直接引发建 (构)筑物体破损。指单纯强烈振动作用引发受震前完好且无异常应力改变建筑物体破损。 爆破振动危害实例调查及其试验研究表明, 建筑物直接破坏主要归纳为首次超越破坏和累积损伤破坏。爆破振动专题交流第12页1 爆破振动基本原理 (2)加速建 (构)筑物体破损。对大多数处于软弱地基上建 (构)筑物,

6、因为在使用期内因某种原因(如差异沉降、温度改变等振前受力情况)会在一定程度上受到损伤, 从而使得爆破振动引发附加力加速了这种损伤发展。爆破振动专题交流第13页1 爆破振动基本原理 (3)间接引发建构筑物体破损。对完好且无异常应力改变建(构)筑物, 其破损是因为振动造成较大地基位移或失稳(如饱和土软化或液化、边坡坍塌)所造成。 伴随我国城市化及基础建设蓬勃发展，致使工程爆破环境条件愈加复杂，加之公民安全和维权意识大幅提升，对爆破振动安全控制提出了更高要求。爆破振动专题交流第14页2 爆破振动安全判据2.1爆破振动危害机制 大量现场试验和观察资料表明, 爆破振动强度与质点振速大小相关性很好, 且振

7、速与岩土性质有较稳定关系; 而质点振动位移及加速度都不含有质点振动速度这一特征。 采取质点振动速度能够和振动波所携带能量及所产生地应力相联络, 并和结构中产生动能和内应力建立关系。爆破振动专题交流第15页2 爆破振动安全判据 世界上多数国家和地域基本上都将振动速度作为制订相关安全规程或规范 控制指标。我国首部全国性爆破安全规程GB6722-1986 也是采取质点振动速度峰值作为安全判据。爆破振动专题交流第16页2 爆破振动安全判据 把介质质点振动看作是简谐运动, 其谐振速度为: v= 2 A f (1) 式中, v为质点振动速度, m /s; A 为质点振动幅值,m; f为质点振动频率, Hz

8、。 当结构体受到扰动开始振动时, 由弹性力学理论有: = E (2)爆破振动专题交流第17页2 爆破振动安全判据 式中, 为爆破振动在结构体中产生应力, MPa; E为结构体弹性模量; 为结构体产生应变。 依据波动理论, 有: = v/c, (3)式中, c为爆破振动波传输速度。 依据式 (2)和式 (3), 能够得到应力与质点振动速度关系为: = Ev/c max = Evmax /c (4) 爆破振动专题交流第18页2 爆破振动安全判据 爆破振动波在结构体上产生应力与质点峰值振动速度成正比, 爆破振动波对结构体作用是一个动态过程, 而结构体中产生动态应力是由质点振动速度、介质属性和爆破振动

9、波在结构体中传输速度等原因共同决定。 爆破振动作用下在结构体内产生动态应力, 直接造成结构破坏, 破坏程度取决于最大应力。而最大应力与爆破峰值振动速度含有直接联络, 在特定结构中，爆破振动破坏程度则完全取决于峰值振动速度。爆破振动专题交流第19页2 爆破振动安全判据2.2 国外爆破振动安全判据 伴随对爆破振动危害机制深入研究 ，发觉爆破地震对结构危害不但与振动强度相关，还与频率、连续时间等参量亲密相关。如美国矿业局(USBM )和露天矿复垦管理局(OSMRE)提出安全标准以及德国DIN4150爆破振动安全标 准都考虑了振动速度峰值和频率这两个原因。爆破振动专题交流第20页2 爆破振动安全判据

10、图 1 美国 USBM 和 OSMSE安全标准爆破振动专题交流第21页2 爆破振动安全判据 德国爆破振动安全标准是将建 (构 ) 筑物划分为 3类, 以下表 所表示,而且综合考虑了爆破振动速度峰值和振动频率对建(构)筑物共同影响, 制订出了不一样频率带内爆破振动速度控制标准作为安全判据。表3 德国爆破振动安全标准爆破振动专题交流第22页2 爆破振动安全判据 法国爆破振动安全判据。法国对于人口稠密市区爆破振动安全判据标准要求严格, 爆破振动速度不得超出 10mm /s。 其它如瑞士爆破振动安全判据、德国爆破振动安全标准(DIN4150)、原民主德国家标准、英国爆破振动安全标准、英国噪音顾问协会(

11、ANC)提出爆破振动破坏判据、爱尔兰国家公路部门(NRA)提出爆破振动破坏判据、印度矿山安全总局(DGMS)等提出爆破振动破坏判据爆破振动专题交流第23页2 爆破振动安全判据 2.3 中国爆破振动安全判据 GB6722-20036.2.1评价各种爆破对不一样类型建(构)筑物和其他保护对象振动影响，应采取不一样安全判据和允许标准.6.2.2地面建筑物爆破振动判据，采取保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率;水工隧道、交通隧道、矿山巷道、电站(厂)中心控制室设备、新浇大致积混凝土爆破振动判据，采取保护对象所在地质点峰值振动速度。安全允许标准以下表。爆破振动专题交流第24页2 爆破振动安全判据序号

12、保护对象类别安全允许振速（cm/s） 10 Hz10 Hz50 Hz50 Hz100 Hz1土窑洞土坯房毛石房屋0.51.00.71.21.11.52普通砖房、非抗震大型砌块建筑物2.02.52.32.82.73.03钢筋混凝土结构房屋3.04.03.54.54.25.04普通古建筑与古迹0.10.30.20.40.30.55水工隧道7156矿山巷道10207交通隧道15308水电站及发电厂中心控制室设备0.59新浇大致积混凝土：龄期：初凝3d龄期：3d 7d龄期：7d 28d2.0 3.03.07.07.012.0表 4 爆破震动安全允许标准爆破振动专题交流第25页2 爆破振动安全判据注1：

13、表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波频率。注2：频率范围可依据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考以下数据:酮室爆破20 Hz；深孔爆破10 H 60 Hz；浅孔爆破40Hz100 Hza 选取建筑物安全允许振速时，应综合考虑建筑物主要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等原因。b 省级以上(含省级)重点保护古建筑与古迹安全允许振速，应经教授论证选取，并报对应文物管理部门同意。c 选取隧道、巷道安全允许振速时，应综合考虑构筑物主要性、围岩情况、断面大小、深埋大小、爆源方向、地震振动频率等原因。d 非挡水新浇大致积混凝土安全允许振速，可按本表给出上限值选取。爆破振动专题交流第

14、26页2 爆破振动安全判据 GB6722-13.2.1评定爆破对不一样类型建(构)筑物、设施设备和其它保护对象振动影响，应采取不一样安全判据和允许标准。13.2.2地面建筑物、电站(厂)中心控制室设备、隧道与巷道、岩石高边坡和新浇大致积混凝土爆破振动判据，采取保护对象所在地基础质点峰值振动速度和主振频率。安全允许标准见下表。爆破振动专题交流第27页2 爆破振动安全判据表5 爆破振动安全允许标准序号保护对象类别安全允许质点振动速度/(cm/s)f10Hz10Hzf50Hzf50Hz1土窑洞、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工业和商业建筑物/钢混2.53.5(34)3.54.5(3.54.5)4.25.0(4.25)4普通古建筑与古迹0.10.2(0.10.3)0.20.3(0.20.4)0.30.5(0.30.5)5运行中水电站及发电厂中心控制室设备/0.50.50.60.60.70.70.96水工隧洞/7157881010157交通隧道/10201012121515208矿山巷道/15301518182520309永久性岩石高边坡59812101510新浇大致积混凝土(C20)：龄期：初凝3天/23龄期：3天

16、7天/37龄期：7天28天/7121.52.03.04.07.08.02.02.54.05.08.010.02.53.05.07.010.012.0爆破振动专题交流第28页2 爆破振动安全判据爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直三个分量。注1：表中质点振动速度为三个分量中最大值，振动频率为主振频率。注2：频率范围依据现场实测波形确定或按以下数据选取：硐室爆破f小于20Hz，露天深孔爆破f在10Hz 60Hz之间，露天浅孔爆破f在40Hz100Hz之间；地下深孔爆破f在30Hz100Hz之间，地下浅孔爆破f在60Hz300Hz之间。爆破振动专题交流第29页2 爆破振动安全判据 爆破振动专题交流

17、第30页2 爆破振动安全判据其它建筑设施标准问题1）天然气管道（埋地/隧道穿越/跨桥）2）高压线塔基3）桥梁4）砖瓦/木瓦房屋5）三个分量中最大值/合速度值问题 爆破振动专题交流第31页2 爆破振动安全判据爆破振动专题交流第32页3 爆破振动测试技术3.1测试仪器以四川拓普NUBOX为例爆破振动专题交流第33页3 爆破振动测试技术爆破振动专题交流第34页3 爆破振动测试技术爆破振动专题交流第35页3 爆破振动测试技术BM View工程爆破监测专用测试分析软件 集成萨道夫斯基经验公式，提供信号统计、数据分析、文件管理、汇报生成等一系列完整处理方案。能直观显示爆破震动最大震速、主震频率、数据波形，

18、爆破冲击波压力P-T曲线、压力值等，并含有时域分析：波形跟踪、一次微分、一次积分、相关分析、波形倒向、波形相加、波形相减、波形相乘、数字滤波、矢量叠加；频域分析：FFT幅度谱、FFT相位谱、功率谱、传递幅度谱、Chip-Z变换等分析算法功效。爆破振动专题交流第36页3 爆破振动测试技术3.2测试方法爆破振动专题交流第37页3 爆破振动测试技术爆破振动专题交流第38页4 爆破振动影响分析4.1设备输出结果爆破振动专题交流第39页4 爆破振动影响分析从波形识别干扰信号爆破振动专题交流第40页4 爆破振动测试结果分析爆破振动专题交流第41页4 爆破振动影响分析4.2参数分析 爆破振动分析两个关键参数

19、是传输系数K和衰减系数 在无试验数据条件下，可参考下表选取。表6 爆区不一样岩性K、 值岩性Ka坚硬岩石501501.31.5中硬岩石1502501.51.8软岩石2503501.82.0爆破振动专题交流第42页4 爆破振动影响分析有大量测试数据回归： 对公式V=K(Q1/3/R)a利用最小二乘法原理进行转化换算以下 设 xi=ln(Qi1/3/Ri)， yi=lnVi，用下式计算K、 值爆破振动专题交流第43页4 爆破振动影响分析4.3振动影响结果评判4.3.1涉振对象土窑洞、土坯房、毛石房屋普通民用建筑物砖混为主工业和商业建筑物框架为主普通古建筑与古迹 爆破振动专题交流第44页4 爆破振动

20、影响分析木瓦房？砖瓦房？ 爆破振动专题交流第45页4 爆破振动影响分析远区近区传输规律问题百分比距离R/Q1/310，可视为近距离震动； R/Q1/3 10可视为远距离震动。近距离震动K值较大，可达500以上，值较大，可达2.03.0；远距离爆破震动，衰减指数K=130500，=1.32.0。 爆破振动专题交流第46页4 爆破振动影响分析裂缝成因问题 房屋出现裂隙裂纹原因各种多样，其中除了爆破振动产生局部裂隙裂纹以外，建筑材料性能、昼夜或季节温差改变、基础不均匀沉降等原因也会产生房屋裂隙。爆破振动会使房屋产生局部裂隙裂纹或原有裂隙裂纹局部扩展，但普通爆破振动及微弱爆破振动不会对房屋主体结构产生

21、破坏，不会影响民房正常居住使用。 爆破振动专题交流第47页4 爆破振动影响分析地基基础问题 爆破振动不但要考虑建筑物结构形式，更要考虑地基基础。应该说大部份振动破坏都不是建筑结构直接振裂破坏，而是地基基础振动变形和位移造成结构破坏案例占多数，所以除考虑不一样结构类型振速度标准外，还应考虑不一样地基类型振动标准。 爆破振动专题交流第48页4 爆破振动影响分析4.3振动影响结果评判4.3.2振动影响现象 常见民房在各种原因作用下均会产生墙体或墙面裂纹裂隙，爆破振动强度到达一定程度后，也会使房屋屋面抹灰脱落、产生振动裂纹或使原有裂纹裂隙深入扩展伸长等振动影响现象。 怎样判断房屋裂纹裂隙是否由爆破振动

22、产生？ 必须有前后对比观察 必须爆破前调查统计 爆破振动专题交流第49页4 爆破振动影响分析4.3振动影响结果评判 爆破振动专题交流第50页4 爆破振动影响分析上百次振动影响评定判定经历及资料 爆破振动专题交流第51页4 爆破振动影响分析大范围影响问题提议细分类 表7 爆破振动影响程度分类(含糊分类)民房类型规范标准V (cm/s)影响程度有显著振动影响有普通振动影响有微弱振动影响无振动影响土坯毛石房屋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工业商业建筑物3.5V 10.03.0V10.02.0V3.0

23、V2.0爆破振动专题交流第52页4 爆破振动影响分析振动影响与震感问题 普通震感对应量级约为0.1cm/s0.3cm/s，小于爆破安全规程爆破振动安全允许振动速度，仅有些人体震感和对民房有振动影响破坏是有显著区分。必须区分有些人体震感和对民房有振动影响破坏这两个截然不一样概念。 爆破振动专题交流第53页5 常见降振减振办法5.1控制办法分类 爆破震动危害控制方法大致有三种：一是针对爆源采取办法；二是针对所控对象采取办法；三是针对爆破地震波传输过程采取办法。 爆破振动专题交流第54页5 常见降振减振办法5.2降振减振办法(1)采取松动爆破和慎重爆破。 松动爆破在确保爆破效果条件下, 使爆破振动最小; 慎重爆破是在确保安全判据情况下, 进行爆破设计。爆破振动专题交流第5