爆破振动专题交流ppt课件.ppt

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1、内容提要,2023/1/15,1,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,4,5,常见降振减振措施,5,1 爆破振动基本原理,1.1爆破的内部作用 根据岩石的破坏特征，可将耦合装药条件下，受爆炸影响的岩石分为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，应力波的能量引起该区域内岩石质点发生弹性振动，这个区域称为震动区。,1 爆破振动基本原理,爆破的内部作用R0-药包半径；R1-粉碎区半径；R2-破裂区半径,1 爆破振动基本原理,1.2爆破震动传播规律 爆破地震波是一种弹性波，它包括在介质内

2、部传播的体波和沿分层岩石层面传播的面波。震动区的能量仅占爆炸总能量的很小部分，在岩石和干土中约为26，在湿土中约为56，在水中约为20%。震动区内的应力波虽然已经大大衰减，这些具有一定强度的小震幅震动仍足以使结构发生轻微破坏及发生不同程度的损伤破坏。,1 爆破振动基本原理,爆破振动具有如下特征 1爆破振动持续时间很短 一般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，其振动时间也在秒的量级中。而天然地震振动时间长，一般一次振动能持续几秒至十几、几十秒，所以其破坏能量往往比爆破振动大很多。,1 爆破振动基本原理,2爆破振动频率较高 一般主振频率在5500Hz，不易引起建筑物共振破坏，破坏

3、性相对较弱。而天然地震频率低，一般主振频率为0.55Hz，这与大多数一、二层结构的民用建筑固有频率412Hz比较接近，易引起共振破坏，其破坏性强。,1 爆破振动基本原理,3爆破振动主频受爆破类型影响大 一般爆破规模越大，其主振频率越低。如隧道内小直径浅孔爆破产生的振动，其主振频率一般为40100Hz或100Hz以上；深孔爆破的主振频率为1060Hz；硐室爆破的主振频率一般小于20Hz；,1 爆破振动基本原理,拆除爆破的主振频率一般在1040Hz范围内，而且被拆除对象解体塌落振动的主振频率还要低一些，约在10Hz左右，其与一般民用建筑物的固有振动频率比较接近，应当引起特别重视。,1 爆破振动基本

4、原理,4爆破振动主振频率与传播介质特性有关 一般来说，岩石越坚硬，其振动的高频成分越丰富，而在软弱风化岩石或土层中，其振动的高频成分会很快衰减。,1 爆破振动基本原理,1 爆破振动基本原理,1.3爆破振动影响因素 爆破产生振动影响的主要因素一是爆破药量大小，微差分段爆破中决定振动大小的药量是最大单响药量；二是爆炸地震波传播地区的地质条件；三是振动保护对象与振源的位置距离。主要决定因素：药量；距离；地质地形条件。其他影响因素：炸药性能；药包埋置深度；装药结构；岩性和岩体结构；高程差,1 爆破振动基本原理,1.4爆破振动对建构筑物的破坏方式(1)直接引起的建(构)筑物体破损。指单纯的强烈振动作用引

5、起受震前完好且无异常应力变化的建筑物体破损。爆破振动危害实例调查及其试验研究表明,建筑物的直接破坏主要归纳为首次超越破坏和累积损伤破坏。,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的建(构)筑物,由于在使用期内因某种原因(如差异沉降、温度变化等振前受力情况)会在一定程度上受到损伤,从而使得爆破振动引起的附加力加速了这种损伤的发展。,1 爆破振动基本原理,(3)间接引起建构筑物体破损。对完好且无异常应力变化的建(构)筑物,其破损是由于振动导致较大的地基位移或失稳(如饱和土软化或液化、边坡坍塌)所造成的。随着我国城市化及基础建设的蓬勃发展，致使工程爆破的环境条件更加

6、复杂，加之公民安全和维权意识的大幅提高，对爆破振动安全控制提出了更高的要求。,2 爆破振动安全判据,2.1爆破振动危害机制 大量的现场试验和观测资料表明,爆破振动的强度与质点振速大小的相关性较好,且振速与岩土性质有较稳定的关系;而质点振动位移及加速度都不具有质点振动速度这一特性。采用质点振动速度可以和振动波所携带的能量及所产生的地应力相联系,并和结构中产生的动能和内应力建立关系。,2 爆破振动安全判据,世界上多数国家和地区基本上都将振动速度作为制定相关安全规程或规范 的控制指标。我国首部全国性的爆破安全规程GB6722-1986 也是采用质点振动速度峰值作为安全判据。,2 爆破振动安全判据,把

7、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。当结构体受到扰动开始振动时,由弹性力学理论有:=E(2),2 爆破振动安全判据,式中,为爆破振动在结构体中产生的应力,MPa;E为结构体的弹性模量;为结构体产生的应变。根据波动理论,有:=v/c,(3)式中,c为爆破振动波的传播速度。根据式(2)和式(3),可以得到应力与质点振动速度的关系为:=Ev/c max=Evmax/c(4),2 爆破振动安全判据,爆破振动波在结构体上产生的应力与质点峰值振动速度成正比,爆破振动波对结构体的作用是一个动态过程,而结

8、构体中产生的动态应力是由质点振动速度、介质属性和爆破振动波在结构体中的传播速度等因素共同决定的。爆破振动作用下在结构体内产生的动态应力,直接造成结构的破坏,破坏程度取决于最大应力。而最大应力与爆破的峰值振动速度具有直接联系,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。,2 爆破振动安全判据,2.2 国外爆破振动安全判据 随着对爆破振动危害机制的深入研究，发现爆破地震对结构的危害不仅与振动强度有关，还与频率、持续时间等参量密切相关。如美国矿业局(USBM)和露天矿复垦管理局(OSMRE)提出的安全标准以及德国的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因素。,2

9、 爆破振动安全判据,图 1 美国 USBM 和 OSMSE安全标准,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,如下表 所示,并且综合考虑了爆破振动速度峰值和振动频率对建(构)筑物的共同影响,制定出了不同频率带内的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,2 爆破振动安全判据,法国爆破振动安全判据。法国对于人口稠密的市区爆破振动安全判据标准规定严格,爆破振动速度不得超过 10mm/s。其他如瑞士的爆破振动安全判据、德国的爆破振动安全标准(DIN4150)、原民主德国标、英国爆破振动安全标准、英国噪音顾问协会(ANC)提出的爆破振动破坏判据、爱尔兰

10、国家公路部门(NRA)提出的爆破振动破坏判据、印度矿山安全总局(DGMS)等提出的爆破振动破坏判据,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评价各种爆破对不同类型建(构)筑物和其他保护对象的振动影响，应采用不同的安全判据和允许标准.6.2.2地面建筑物的爆破振动判据，采用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、新浇大体积混凝土的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度。安全允许标准如下表。,2 爆破振动安全判据,表 4 爆破震动安全允许标准,2 爆破振动安全判据,注1：表列频率为主振频

11、率，系指最大振幅所对应波的频率。注2：频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据: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，应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素。b 省级以上(含省级)重点保护古建筑与古迹的安全允许振速，应经专家论证选取，并报相应文物管理部门批准。c 选取隧道、巷道安全允许振速时，应综合考虑构筑物的重要性、围岩状况、断面大小、深埋大小、爆源方向、地震振动频率等因素。d 非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速，可按本表给出的上限值选取。,2 爆破振动安全判据

12、,GB6722-201413.2.1评估爆破对不同类型建(构)筑物、设施设备和其他保护对象的振动影响，应采用不同的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体积混凝土的爆破振动判据，采用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。,2 爆破振动安全判据,表5 爆破振动安全允许标准,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的三个分量。注1：表中质点振动速度为三个分量中的最大值，振动频率为主振频率。注2：频率范围根据现场实测波形确定或按如下数据选取：硐室爆破f小于20Hz，露天深孔爆破f在10Hz

13、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。,2 爆破振动安全判据,2 爆破振动安全判据,其他建筑设施标准问题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）三个分量中的最大值/合速度值问题,2 爆破振动安全判据,3 爆破振动测试技术,3.1测试仪器以四川拓普NUBOX为例,3 爆破振动测试技术,3 爆破振动测试技术,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，提供信号记录、数据分析、文件管理、报告生成等一系列完整解决方案。能

14、直观显示爆破震动的最大震速、主震频率、数据波形，爆破冲击波压力的P-T曲线、压力值等，并具有时域分析：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变换等分析算法功能。,3 爆破振动测试技术,3.2测试方法,3 爆破振动测试技术,4 爆破振动影响分析,4.1设备输出结果,4 爆破振动影响分析,从波形识别干扰信号,4 爆破振动测试结果分析,4 爆破振动影响分析,4.2参数分析 爆破振动分析的两个关键参数是传播系数K和衰减系数 在无试验数据的条件下，可参考下表选取。表6 爆区

15、不同岩性的K、值,4 爆破振动影响分析,有大量测试数据的回归：对公式V=K(Q1/3/R)a运用最小二乘法原理进行转化换算如下 设 xi=ln(Qi1/3/Ri)，yi=lnVi，用下式计算K、值,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、毛石房屋一般民用建筑物砖混为主工业和商业建筑物框架为主一般古建筑与古迹,4 爆破振动影响分析,木瓦房？砖瓦房？,4 爆破振动影响分析,远区近区传播规律问题比例距离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=

16、130500，=1.32.0。,4 爆破振动影响分析,裂缝成因问题 房屋出现裂隙裂纹的因素多种多样，其中除了爆破振动产生局部裂隙裂纹以外，建筑材料性能、昼夜或季节温差变化、基础不均匀沉降等因素也会产生房屋裂隙。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，但一般爆破振动及微弱爆破振动不会对房屋主体结构产生破坏，不会影响民房正常居住使用。,4 爆破振动影响分析,地基基础问题 爆破振动不仅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的破坏，而是地基基础的振动变形和位移导致结构破坏的案例占多数，因此除考虑不同结构类型的振速度标准外，还应考虑不同地基类型

17、的振动标准。,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 常见民房在多种因素作用下均会产生墙体或墙面裂纹裂隙，爆破振动强度达到一定程度后，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进一步扩展伸长等振动影响现象。如何判断房屋裂纹裂隙是否由爆破振动产生？必须有前后对比观察 必须爆破前调查记录,4 爆破振动影响分析,4.3振动影响结果评判,4 爆破振动影响分析,上百次振动影响评估鉴定经历及资料,4 爆破振动影响分析,大范围影响问题建议细分类 表7 爆破振动影响程度分类(模糊分类),4 爆破振动影响分析,振动影响与震感问题 一般震感的相应量级约为0.1cm/s0.3c

18、m/s，小于爆破安全规程的爆破振动安全允许振动速度，仅有人体震感和对民房有振动影响破坏是有明显区别的。必须区分有人体震感和对民房有振动影响破坏这两个截然不同的概念。,5 常见降振减振措施,5.1控制措施分类 爆破震动危害控制的方法大致有三种：一是针对爆源采取的措施；二是针对所控对象采取的措施；三是针对爆破地震波传播过程采取的措施。,5 常见降振减振措施,5.2降振减振措施(1)采用松动爆破和谨慎爆破。松动爆破在保证爆破效果的条件下,使爆破振动最小;谨慎爆破是在保证安全判据情况下,进行爆破设计。,5 常见降振减振措施,(2)选取合理的炸药单耗 炸药单耗过低,会造成岩石的破碎和松动不良,从而使消耗

19、在爆破振动上的能量增大;炸药单耗过高,会使爆破振动增大。因此,必须通过现场爆破试验来确定与选用合理的炸药单耗。,5 常见降振减振措施,(3)多段微差起爆、逐孔起爆 微差分段越多,爆破振动越小。微差爆破是在孔间,排间或孔内以毫秒级的时间间隔,按一定顺序起爆的方法。大量的试验研究表明,在总装药量相同下,微差爆破的振速比齐发爆破可降低 40%60%。,5 常见降振减振措施,(4)选择合理的孔网参数 精确地进行炮孔定位,防止采用过大的超深,过大超深会增加爆破振动。(5)选择适当的装药结构 可通过不偶合装药、空气间隔装药、孔底为空气垫层的装药结构,降低爆破振动。,5 常见降振减振措施,(6)调整传爆方向

20、,以改变与被保护物的方位关系。实践证明,抛掷爆破时,最小抵抗线方向的振动最小,反向最大,两侧居中;而采用一排的群药包爆破时,在药包中心的连线方向比在垂直于连线方向的振速可降低 30%45%。此外,爆破振动在不同的高程处振动强度也不一样,低于爆源处的建筑物的抗震性能比高于爆源处的建筑物的抗震性能要好得多。,5 常见降振减振措施,(7)充分利用地形地质条件,如河流、深沟、渠道、断层等,都有显著的隔震减震作用。(8)挖减震沟或预裂爆破。因爆破振动传播遇空气间隔交界面会中止，为此在爆源与保护物之间开挖一定深度的沟槽或形成一定深度 的预裂面，尽管沟槽或预裂面不能阻止爆破振动波 的绕射影响，但地表的瑞利波得到很大削弱，从而大大减少了爆破振动对后侧保护物的影响。,The end THANKS,2023/1/15,61,