临近居民区爆破的现场测试分析

张 伟，毕卫国,孙明旭

(1.山东交通学院 交通土建工程学院，山东济南 250357；2.山东省土木工程防灾减灾重点实验室(山东科技大学)，山东青岛 266590)

临近居民区爆破的现场测试分析

张 伟1，2，毕卫国2,孙明旭2

(1.山东交通学院 交通土建工程学院，山东济南 250357；2.山东省土木工程防灾减灾重点实验室(山东科技大学)，山东青岛 266590)

以青岛经济技术开发区某水库扩容工程爆破开挖项目为背景，对爆破产生的地震动效应及对建筑物的影响进行现场测试，同时应用IDTS3850 Seismogragh 软件并结合Matlab 中的FFT变换，对爆破测试数据进行综合分析。分析结果表明，爆破振动在3个方向上的振动持续时间不同；在爆破中远区，应选择爆破振动主频和3个方向的叠加速度作为爆破振动判据，该分析结果为今后的爆破设计和控制爆破开挖引起的地震动提供参考和依据。

爆破； 爆破地震波；频谱分析；现场测试；统计分析

青岛经济技术开发区某水库扩容工程需爆破开挖，为减轻主爆区爆破对临近村庄的震动影响，对爆破产生的地震动效应进行现场测试，同时应用IDTS3850 Seismogragh 软件并结合Matlab 中的FFT变换，对爆破测试数据进行综合分析，为今后现场爆破设计和施工提供依据。

1 爆破振动测试

图1 爆破环境及测点布置图

1.1地形条件

该水库爆破区域的岩石为微风化岩石，岩体较完整，无明显节理和断层带。由于该水库紧邻村庄(民房为毛石基础、砖砌结构)，爆破的地震动强度、爆破噪声和飞石等有害效应直接影响村民安全，爆破环境及测点布置如图1所示。

1.2现场测试

根据上述条件和国家爆破振动安全允许标准，依靠技术先进、灵敏度高、误差小、操作使用及维修方便的IDTS测试系统进行现场测试。IDTS 3850振动记录仪的工作原理是将传感器捕捉到的信号转换成电压信号，再通过A/D转换器将电压信号转换为数字信号并存储在仪器的CPU中。将IDTS 3850 振动记录仪与计算机通过RS232数据线相连接，然后通过与IDTS 3850测振系统配套的IDTS 3850 Seismogragh 软件对数据进行综合分析、处理[1-4]。由于测试数据较多，取其中有代表性的振动图形，见图2～7。

2 测试数据分析

2.1爆破振动速度的频谱分析

频谱分析是将时间域的各种动态信号变换到频率域进行分析，分析的结果是以频率为横坐标的各种动态参量的谱线和曲线[5-7]。本文运用Matlab编程，对实测爆破振动数据进行频谱分析，得到实测波形的主频和高能量所在的频带。取1组典型的爆破振动波形进行分析，如图8、9所示。[8-9]

图2 测点2垂直方向速度时程曲线

图3 测点3垂直方向速度时程曲线

图4 测点2水平径向速度时程曲线

图5 测点3水平径向速度时程曲线

图6 测点2水平切向速度时程曲线

图7 测点3水平切向速度时程曲线

图8 测点2数据水平径向振动波形及频谱图

图9 测点2数据水平切向振动波形及频谱图

通过对实测爆破数据的FFT分析可知，爆破振动波是随机性的瞬态波形，含有丰富的谐波频率，具有一定的频带宽度。爆破振动能量主要集中在50 Hz以上的频带，与一般建筑物的固有频率(一般为几Hz)相比，一般不会造成由共振引起的建筑物破坏。

2.2爆破振动参数的统计分析

在爆破地震的中远区，爆破振动参数在垂直方向、水平径向和水平切向3个方向上的数据是有区别的，针对本次爆破数据，以测点的序号N作为横轴，以爆破振动参数为纵轴，进行对比，如图10～15所示[10-12]。

图10 3个方向振动持续时间对比

图11 3个方向最大速度对比

图12 3个方向最大加速度对比

图13 3个方向最大速度发生时刻对比

图14 3个方向最大加速度发生时刻对比

图15 3个方向振动主频

由图10可知，爆破振动区别于天然地震动的一点在于爆破振动的振动时间很短，从几ms到几百ms不等。除个别奇异点外，垂直方向振动持续时间最短，水平径向振动持续时间最长，水平切向振动持续时间处于中间位置。由图11可知，垂直方向的最大速度高于水平径向和水平切向最大速度；除个别奇异点外，水平切向最大速度高于水平径向最大速度。由图12可知，除个别奇异点外，垂直方向的最大加速度高于水平径向和水平切向，但是水平切向和水平径向的最大加速度的变化规律不明显。由图13可知，3个方向的最大速度不是在同一时刻出现；水平径向的最大速度发生时间最晚，水平切向最大速度发生时间晚于垂直方向。所以，在爆破振动分析中，单纯以某个方向的速度作为判定结构物破坏的指标不够精确，对于结构物的动力影响，应该是三者矢量迭加的结果。由图14可知，3个方向最大加速度也不在同一时刻出现，3个方向最大加速度发生时刻的先后顺序未表现出明显规律。由图15可知，爆破地震波的主频率较高，一般可达10～102Hz数量级，本次爆破振动波3个方向的振动主频分布相对集中在50～130 Hz，除个别奇异点外，垂直方向振动主频大于水平切向和水平径向，水平径向主频又低于水平切向，所以在爆破动力分析中，应该从速度和主频分布情况等多方面来进行分析。

3 结语

1) 爆破振动波含有丰富的谐波频率，爆破振动能量主要集中在50 Hz以上的频带，一般不会造成由共振引起的建筑物破坏。2)爆破振动的振动时间很短，从几 ms到几百 ms不等，垂直方向振动持续时间最短，水平径向振动持续时间最长。3)在爆破中远区，应根据几个方向振动主频和几个方向的矢量速度作为爆破振动判据，对建筑物进行爆破振动响应分析。

该测试研究为今后现场爆破设计和施工提供了可靠的数据依据，同时可以更加理性地认识爆破地震波，便于今后的理论研究和探讨。

[1]凌同华, 李夕兵.单段爆破震动的动态响应分析[J].中南大学学报, 2007, 38(3): 551-554.

[2]程康,徐学勇.爆破振动频率对振动效应影响的试验研究[J].爆破, 2003, 20(3): 79-81.

[3]叶洲元, 马建军，蔡路军，等.利用振动监测数据优化预测爆破质点振动速度[J].矿业研究与开发, 2003, 23(4): 48-51.

[4]唐春海.爆破地震动安全判据的初步探讨[J].有色金属, 2001, 53(1): 1-3.

[5]林秀英, 张志呈.爆破地震波的频谱分析[J].中国矿业, 2000, 9(6): 77-80.

[6]言志信, 王永和，江平，等.爆破地震地震测试及建筑结构安全标准研究[J].岩石力学与工程学报, 2003, 22(11): 1907-1911.

[7]燕永峰, 陈士海.爆破振动峰值速度计算模型的优化研究[J].工程爆破, 2010, 16(4): 8-11.

[8]郑峰, 段卫东，钟冬望，等.爆破震动效应现状及存在问题的探讨[J].爆破, 2006, 23(1): 92-94.

[9]陈士海, 马方兴, 魏海霞.爆破地震动三向荷载分量对结构动态响应研究[J].山东科技大学学报, 2006, 25(4): 39-42.

[10]佘小年, 杨甲豹, 周钦.隧道进口区段的超前探水预测[J].山东交通学院学报, 2010, 18(1): 65-66.

[11]刘洋, 赵明阶.岩石损伤本构理论研究综述[J].山东交通学院学报, 2005, 13(4): 40-45.[12]李世稳, 王亚奇, 梁锴.岩体各向异性与预应力锚索抗滑桩相互作用的数值模拟分析[J].山东交通学院学报, 2007, 15(4): 39-44.

AnalysisofFieldTestofBlastingnearResidentialAreas

ZHANGWei1,2,BIWei-guo2,SUNMing-xu2

(1.SchoolofTransportationandCivilEngineering,ShandongJiaotongUniversity,Jinan250357,China; 2.ShandongProvincialKeyLaboratoryofCivilEngineeringDisasterPreventionandMitigation(ShandongUniversityofScienceandTechnology),Qingdao266590,China)

In this paper, based on the safety monitoring of blasting-technique in the extending-dimension of reservoir in Qingdao Economic Development Zone, the ground vibration effects generated by blasting and the impact on buildings are tested on-site. At the same time, combined with the FFT transform in the Matlab, the IDTS3850 Seismogragh software is adopted to make a comprehensive analysis of the blasting test data. It is found that the duration of blasting in three directions is different and in the far district of blasting, the blasting vibration frequency should be chosen and the three direction of the stack velocity should be used as the criterion of the blasting vibration. It can be used as a reference and a basis for the future design and control of the blasting ground vibration caused by the blasting excavation.

blasting; blasting seismic wave; spectrum analysis; field test; statistical analysis

郎伟锋)

2014-04-28

张 伟(1979—)，女，济南人，山东交通学院实验师，山东科技大学博士研究生，主要研究方向为爆破震动预测与控制.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.03.018

O384

A

1672-0032(2014)03-0083-04