爆破振动的产生及监测原理、爆破振动监测

爆破地震波

不论是在岩石中爆破，还是建筑物的拆除爆破，当炸药在固体介质中爆炸产生的应力波通过破裂圈后，由于应力波强度迅速衰减，它只能引起介质质点产生弹性振动。这种弹性振动是以弹性波的形式向外传播，称为爆破地震波。

爆破地震波是一种复杂的波系，包含体波和面波。面波，特别是其中的瑞利波，由于它的频率低、衰减慢、携带的能量较多，引起地表震动，从而危及建筑物的安全。

一、爆破地震的特点

爆破地震与自然地震一样对建筑物都有危害，然而二者也有一定的区别。

① 爆破地震振动幅值大，但衰减快，破坏范围小;天然地震振动幅值虽小，但衰减缓慢，破坏范围大。

② 爆破地震的地面加速度震动频率较高(约10Hz~100Hz以上)，远超过普通工程结构的自振频率;天然地震地面加速度震动频率较低(一般为2Hz~5Hz)，与普通工程结构的自振频率相接近。

③ 爆破地震的持续时间很短，在0.4s~2.0s之间，而天然地震主震相持续时间多在10s~40s间。

二、爆破振动监测原理

岩土介质中，由于爆破产生的高能量震源的瞬时激振，使岩土体产生剧烈的振动，这种振动在岩土介质中，依靠介质相邻点间的相互作用，以激振点（区域）为中心，以地震波的形式向外围传播。

一般而言，地震波的振幅（或能量）随着离开震源的距离增加而减小，这一现象称为振动的衰减；其衰减的原因有两个方面：其一，地震波离开震源的距离越远，其波阵面越大，即引起振动的区域越大，致使波阵面上能量密度减小，导致振动衰减；其二，介质发生振动，相邻介质或相邻介质的质点间发生摩擦，将传播至此的动能转变为热能而消耗掉，导致振动衰减。

地震波的传播与衰减，不仅会在三维空间内表现出来，而且会在时间上表现出来。当我们沿着离开震源的矢径方向在介质表面布置拾振器时，地震波就会在拾振器上反映出来。从理论角度出发，假设振动的速度变化规律符合f（x，t）关系，则振动的位移和加速度的变化规律分别为∫f（x，t）和f′（x，t）。但是在实际的工程中，速度、位移和加速度之间，这种严格的积分和导数关系是难以确定的。

因此在实际工程中，是以数理统计方法配以数据处理进行研究分析的。通过对监测点拾振信号的研究分析，即可确定地震波的振动速度幅值，从而根据这种已知区域的振动，推断爆破施工振动对已有建（构）筑物的影响。

监测原理示意图

三、爆破振动破坏判据

根据我国《爆破安全规程》(GB 6722-2014)规定：建(构)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两个指标。一般建(构)筑物的爆破地震安全性应满足安全振动速度的要求，并对主要类型的建(构)筑物的安全质点振动速度有如下规定：

以上仅列举了主要建构筑物爆破振动安全判据，

铁路相关规定需参考《TB 10313-2019 铁路工程爆破振动安全技术规程》。

四、爆破振动监测的主要内容

爆破测试主要包括两个方面的内容：一是研究爆破地震波的衰减规律，地质构造及地形条件对它的影响，地震波参数和爆破方式的关系；另一方面是研究建（构）筑物，对于爆破振动的响应特征，这一响应特征与爆破方式、构筑物结构特点的关系。就具体内容而言，爆破振动监测的内容包括：地表质点振动速度、振动位移、振动加速度测试；结构、建筑物的反应谱测试。

【地震波衰减规律】

地震波在介质中的传播衰减规律，不仅与爆源的能量大小有关，还受到传播方向上的地形条件及地质构造的影响，我国在《爆破安全规程》(GB 6722-2014)中使用苏联萨道夫斯基经验公式反映这一关系，具体关系如下：

式中：

R—— 爆破振动安全允许距离，m；

Q——炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，Kg；

V——保护对象所在地安全允许质点振速，cm/s。

K，α——与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，应通过现场试验确定；在无试验数据的条件下，可参考表3-1选取。

【 K、α计算】

振动衰减规律与场地地质、地形条件等因素有关，根据位于爆破中心点距保护物监测直线上的各振动监测点振动幅值变化可以计算表征振动衰减规律的K、α值，计算方法一般采用最小二乘法进行回归分析计算。

上式为一元线性回归方程，k、α为回归方程的回归系数。

根据最小二乘法，将各监测点的质点振动速度值及起爆药量Q、爆心距分别代入上式，进行回归分析计算，得到该地质与地形条件下的K和α值。

参考资料：《爆破安全规程》(GB6722-2014)

《爆破设计与施工》汪旭光