爆破振动测试技术.doc

4J概述4.2测■仪器4.3地ft效应测试4.4地H反应谱及测试4.5振动测试注意问题爆破地震效应被糾为爆破的“公害”之首对 建构筑物的危害尤为严重y直是爆破工作者关注的 热点本章着重讲述爆破地谨波更形成、特征；爆破 震动强度及破坏判据；爆破地震济51進于和反应谱理 锻1擦破地K波及擦破地案效应4 1 ■砒地 9E 液…⑴爆破地震波的形成及特征炸药在岩土中爆炸时，一部分能量对炸乘围的 介质引起扰动，并以波动形式向外传播通常认为： 在爆炸近区（药包半径的1075倍）传播的是冲占波 在中区（药包半径的15700借）为应力波因应力波 10达界面产生反射弼折射壘加便廉咸地震波地艇波 是一种弹性波，它包含在介质内部传播的体波和沿地 面传播的面波较长叫p次匸的压缩波，在传播过程中纵波是由震源向外 能引起介质产生压缩和拉伸变唤其特点是周期短， 振幅小和传播速度快横波是由震源向外传播的剪切瘧专播过程中 能引起介质质点产生剪切变形其特為周魁 振幅较纵波大，传播速度次于纵波通常 波（即初至波），把横波叫S波（即次波） 、面波仅限沿地表面传播，它是体波在自』 反射叠加而成，主要包含瑞利波和勒夫波M 周期长、振輻大"传播速度较体波慢》豪减也较无L 但携带的能量较大。

■爆破过程中造成岩石破裂的主要原因是体波的彳 用，而造成爆破地震破坏的主要原因是面波的作用■P波、S波、R波）几乎一 型是非常复杂的而在 始与P波分离,在短距离内，三种；起到达，因而辩认地震波的类 远距离处，传播速度较慢的s波、R； 就能辩认出来在一幅完整的爆破地震波的记录图形是一系列振幅较小、频率较高的波形，主要是纵波（P波）和横波（S波），紧接着一段是振幅较大、频率较低的R波波形，持续一段时间后，波形逐渐衰减由于多采交微差起爆，导致波群相互干扰和重 叠，增加了爆破地震波形的复杂性，因此，在实测爆破 地震波波形图中，纵波和横波很难分辨，往往也不加以 区分有时就将波形图的初始阶段称肉初震相，中间振 幅较大的一段称为主震相，后一段称为泰1-主餐相爆破地震波波形图主震相的振幅大，作 是表征地震波的o宝的一4、1、2擦破地爆破地震动，有时称対爆破地面运动是由爆源 释放出来的地震波引起的地芸附更土层的振动撫破 地離波引起的破坏现象及后黑称瘀尋破地廉效应°爆破地震效应是一个比较复杂的I可题，空到各种 因素的影响如爆源的位置、炸药■的必」瀑陛 武、传播介质和地靜条件等同时，对建筑物的灾害 而言，爆破地震波仅是外部条件，而建筑物曲结构特 性和材料特性是其内部条件。

它又与地基特性和约束 条件以及施工质量等因素有关因此，应 是一个包含建（构）筑飆本播以及爆破地滇液多制因国内外对爆破地震效应进行了大量的研究主要研 究的问题可以归纳为两不方面：（1） 耀破地霞波的特征知饌炉!律：（2） 擦破地II波对耀策物的前、为解决这一问题，一方面是加强对畧种燮条件下 爆破地■浪的特性分析和对金构鎮•危書凝溯!警 特征的宏观谓查；另一方面是加强对与爆破崙害相应的 爆破地■波的特征參數、结构的动力購应及結诵动加寺 性參数的测试以宏观调查资料以及爆破振动测试数据 为依据，确定爆破地震波的特性、传播规律以及爆破地 震波与建筑物动力响应关系因此，爆破振动测试是研 究爆破地震效应的基本手段和方法 ■度的输理■及破坏判据的确定44 3衡■爆(1)衡量操破廉动强度的钩理畳爆破震动强度可以膚介质債点运动的各物理■来衡 量，如质点摄动位移、速度和加速負但以哪种物理量 作为衡量标准最合适，目前在国内外一种观点认为以介JRJR点摄动速度较— 通过大量观测表明，地廉被坏程度与诫鬼度亢少 的相关性比较密切较其它物理量而言，振动速度与岩 土性质有较稳定的相关关系，规律性较好另一观点则认为用振动加速度作为衡量标准;因为 加速度可以反映作用在建策物或构策物基础上的询勃夫 小.从而揭示结构的受力状态及被坏机理。

司观点圭理由是,目前多采用振动速度作为衡量安全的主要物理凰■纟式的经验公式:通过国内外天量实列结果分析表明：反映爆破震 动强度的诸多物理量与矗药晏、爆心距、岩土性质及 场地条件等因素密切相关蠹然竟个国家试验条件各 不相同，但大致上都可总结得出以A 二KW式中A—反映爆破震动强度的物理量（振动速度或世 速度）；Q—炸药量；R—测点至爆源中心的距离； ■K、m、n—反映不同爆破方式、地质、场地曉件 等因素的系数 1以质点振动速度作型彳 时，根据爆破方式的不I孟对于集中药包爆破：”一 L下列经验公式:、'沢、小 /3 \ a对于延长药包爆破：卫二尺（哥）°式中v—质点振动最大速度，cm/s,Q—炸药量，kg （齐发爆破时为总装药峥,延迟 爆破时，为最大-段的装药量）;R-测点距爆源中心的距离，m；K—与爆破场地条件有关的系数； *Q—与地质条件有关的爆破地震波衰减系数」.K、a数值是根据现场试验所测建数据经数理统计 分析得到的，数值变化范围较大总取应十分慎 重，一般通过现场爆破试验求得质点振动最天加速宴计算经验公式与振动最大速度 经验公式的形式相同，a系数不同对于一些重要工程，往往通过小药量现场爆破釁, 测得质点振动最大速度或最大加速度，再进行福归分析, 从而得到比较符合实际情况的K、a数值。

若按工程类比法选取时，只能以与工程建设场地的 地质条件和爆破方式相似的经验公式中的K、a数值作 参考 ■然经过了大能引起建筑构筑物或称为爆破震动破坏判据对 速度、加速度等，都有相应的破坏由于建构筑物或岩体本身的多样f量的实测工作，但要确定出一个统一的判锯仍是不可 的因此，目前各国尚无统一的规定破坏的爆破震动强度临界值3同的物理量，如位移、有多数国家在安全规程或实际应用中，将建（构）筑 物的破坏程度大致分为无破坏、轻微破坏和严重破坏三 类并给定每一类破坏的临界值根据测试资料，规定 一般建（构）筑物开始破坏的临界速度为5cm/s, 规定为10-5cm/s的，临界加速度定为5cm/s206年颁布郎屋1. Ocm/s；(1)(2)(3)(4)(5)(6)家娜准《爆破安全规程》(GB6722-86)规定主要类型建击筑物地面质点的安全震动速度为: 土窑洞、土坯层，毛—般砖房、非抗震大型砌块魇誓物2-3cm/s； 钢筋混凝土框架房屋5cm/s；7K 工隧洞 10cm/s；交通隧洞 15cm/s；矿山巷道：围岩不稳定有良好支护10cm/s；中 等稳定有良好支护20cm/s；围岩稳定无支护80 在评价爆破震动对建构筑物的危害时，除用位移、 速度、加速度作为破坏判据外，还应考虑爆破振动电 时间对建构策物的累积確坏作用»振动频率与建沟筑物 固有频率之间的关系。

■惯性式传感器构造示意图:JW-叱：惯性式传感器构造示意图惯性质量块M用f簧和阻 尼器挂在传感器的外克上，组 成一个“质量-弹簧-阻尼”单 自由度弹性系统仪器夕I’壳固 定在振动体上，当振动体振动 时，传感器外壳随着振动，从 而激励“质量-弹簧-阻尼”系 统振动 ■4、2 I•破提动测量仪冒4、2d测援传感器（拾）测振传感器种类繁多，润 速度传感器和压电式加速度计 式）测振仪，用来测量地面或振动 对振动⑴惯性式传感器的力学原理最为广泛的是磁电式 覩属于惯性式（绝对 大地之间的绝根据结构理论，单白由度弹性系统由于基 E量M的运动微分方程为：+ %(?))+ Ky(t) = 0假定振动体作简谐振动,—即、y(f) = %sin(a-0)x(t} = x sin cot由上两式可得My(t) + Cy(t) + Ky(t) = Mx cd~ sin此二阶线性微分方程的解包括齐次方不諜通解和 非齐次方程的特解两部分，通鶴代衰系统的百1由拯动丿 特解为强迫搽动由于系统具有阻尼，自由振动项在 阻尼的作用下很快消失，可忽略不计，故只考总代表 稳态振动的强迫振动其解为： ■上式也就是传感曇的响应方程。

式中一（3(4.1)式中3为振动圆频率；① 为传感器“质量潯簧、 -阻尼”系统的固有圆频率J -为临界阻尼比由上式可知，惯性式传感器输出与输人的主动规 律是相同的，均为简谐运动，只相差一个相位总Q所 以，采用惯性式传感器能够如实地反映振动体的1^ 信号但是，传感器输出y所表示的振动物理量与匾率 比二和阻尼比©有关，它可以是位移、速度和加速度CO原臀相同卽，者 振动闌 珮感应M性式测離仪史笙禅4 匸 p" r • □2勺原蠹/sj3XZSIB可用来测量低频、 的振动用 统器可分 和水•2 - . - … 、….65型拾振器示意图1-锁定装置，2-磁钠，3-线圈，4-摆锤，5-十字弹簧片，6-调整惯性块位置手柄，7-垂直拉簧当拾振器置于振动体上并随着一起振动时，摆锤 由于惯性处于静止状态，线圈和磁钢产生相对运动， 线圈切割磁力线，于是圈两端产生与振动速度成 正比的感应电势，通过输出端即可测得振动速度■73型拾振謂有积分口・匕■■ =W H 詐■ ―^2 戎?* 31 ■ 2 丘、19应・芒需匸8 ■,"酵岂F |?KfJ S^h|| 匕"^^K ・B|| K«%9 °r上汽£［匕二斗「厂*厂責于少：「；「：匚1 F片 W 土匕斗「；「"速度计压电式加速度计压电式加速度计示意图1-壳体，2-硬弹簧，3-质量块，4-输出端，5-压电晶体片，6-基座4奠及工作赚理惯住质量块放在压电晶体上， 并用硬聲簧 减少晶体受 差，提高测量精电晶体片为 一弹性体，其有一定刚度 弹簧，它与硬弹簧貳联， 弹簧常数为瓦的弹K簧、系统 用C表示，这就构成了单自由度系 统。

由于系统的弹簧幫数K很 大，而质量块M很小，所以紧统的o 7E 全满足3n»3的条件质量块相 对于外壳的位移与振动体的振动加 速度成正比，即Y = —x(t) oCDn施加一定的预应力》可d时引起的非线性误，可视为 构成一个5 =丿弟也就很V・胚… 一渤时，加速度计“质量一弹簧一系统” 用，作用在压电晶体片上的当被测物 的质量块由于受到惯t 振动压力为晶体片承匹将上根据压电晶体的“压电效应” 受压力作用时，压晶体表面上产生电荷 式代入，则得 ..Q = DKgG ⑴若用输出电压表示则为 ■由上式可知：压电式加箱度计的输出电荷或输出 电压与被测物体的振动加速度成正比 ■加速度基座与被测物体连成一个整紀在这种情况下压电式加速度计的主要性能及特性(1)安装谐振频率加速度对安装在被测物体上,加速度计中的紀质量一弹賢”系统的方法：电荷灵敏度和电压。