不同减震物对塌落振动减震效果的试验研究

于鹏+赵勇+郭爱清

摘要： 利用混凝土试块重复倾倒来模拟建筑构塌落倾倒的过程，用爆破测振仪采集塌落振动信号[1]，通过使用不同减震物放在混凝土试块倾倒前方研究其减震效果。实验结果表明：当减震物为稻草时，塌落振动产生的地震波峰值振速衰减速度更快，减震效果最好；黄沙次之。随着距震源的距离不断增加，有减震物的减震效果虽然有所下降，但仍然比无减震物时好。

Abstract： By imitating the collapse of concrete blocks，we carry out the falling of constructions demolition blastingwe adopt vibration meter to collect collapse vibration signals，we study the damping effects by putting different damping materials in front of the falling concrete blocks. Results showed that seismic wave peak resulted from collapse vibration reduces faster， the mitigation effect is the best when damping material is straws， the second best is the sand the mitigation effect reduces when the distance from the source grows， but it is better than no damping material.

关键词：减震物；塌落振动；峰值振速；减震效果

Key words： damping material；collapse vibration；peak particle velocity；damping effect

中图分类号：TU746.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0152-02

0 引言

塌落振动作为爆破拆除引起的次生危害逐渐引起人们的重视，主要原因塌落振动振幅比爆破振动高，频率更低，与建筑物的自振频率更接近，对周围建筑物的影响更大。因此，如何有效控制或减少塌落振动[2]的危害引起了众多学者的关注，王希之等以工程实践为背景及结合相关理论，分析了高大建筑物的解体形式、塌落体触地能量和塌落振动产生的地震波在介质中的传播规律等[3]；其他学者在此基础上提出了不同的减震措施，但大多集中于模拟试验，现场试验也主要集中于不同减震沟的研究，而本文通过现场试验研究不同减震物对塌落振动减震效果的影响，这是本试验在减震效果研究方面的新颖之处。

1 试验设计

本试验是利用混凝土模型倾倒触地产生的振动来模拟震源，最珍贵的是该试验可以重复多次进行，通过不同减震物对建筑物在爆破拆除过程中引起的塌落振动的减震效果进行现场模拟试验，并用爆破测振仪采集振动信号。

1.1 试验器材 混凝土试块（120cm×40cm×30cm）、ICP-104恒流源信号转换器、UBOX-5016爆破振动测振仪、TP-32D压电式加速度传感器、外接计算机等。

1.2 试验方案 ①开展试验的在混凝土地面上，地质条件符合试验要求，在试块倒塌前方布置3个测点，两个相邻测点之间的距离为2m，震源距最近的测点1距离也为2m。②在混凝土前方放置8cm厚的稻草条件下进行试块倾倒振动测试（3次）如图1（a）所示。③在混凝土前方放置3cm厚的黄沙条件下进行试块倾倒振动测试（3次）如图1（b）所示。④在混凝土前方无减震物状态下进行试块倾倒振动测试（3次）如图1（c）所示。

1.3 试验结果

通过对不同的减震物进行试验，在相同震源条件下，通过爆破测振仪采集振动信号，各测点的峰值振速和主振频率如表1所示。

如表1，在相同条件下各测点的峰值振速和主振频率都比较接近，基本达到重复试验模型的要求。在无减震物的条件下测点1三次相同试验所测得振速曲线图如图2所示，从图中可以看出，三次实验所测得的数据波形相似、峰值相近，同一条件下的三次试验所测得的数据重复性较好。

从测得的峰值振速来看，每次试块倾倒后各测点的峰值振速都较好的体现了地震波的衰减特性，由表1看出，减震物对塌落振动产生的地震波有很好的减震效果，加快了地震波的衰减速度。主要原因是地震波在通过减震物时，地震波发生散射等现象，同时还发生了相互干涉、叠加等效应，造成了能量的衰减。根据表1，从测点1到测点2，主振频率下降明显，但从测点2到测点3，主振频率下降速率减慢。这主要是因为地面介质存在阻尼作用，而介质的阻尼作用大小与地震波的震动频率有关，频率越高振动介质中受到的阻尼作用也越大，即高频震动成分容易被吸收，低频震动成分比较稳定。由高频到低频的过程也是能量损失的过程。

2 试验数据分析

由表1计算出各测点的平均峰值速度，得表2。从表2中可以看出，测点1平均峰值速度数据在不同减震物条件下差异很大，出现如此大的差异主要原因是塌落振动产生的地震波在通过不同减震物时发生折射、反射、散射等相互干涉、叠加作用造成的。从测点1到测点3，随着距震源距离的增加，平均峰值振速也在递减，另外也可以看出不同减震物的下降幅度也不同。为此，将测点1到测点3的平均峰值振速拟合成峰值振速曲线图，如图3所示。

从图3中数据可以看出，在测点1时减震物是稻草的时候，峰值均值振速最小，黄沙其次，这说明稻草在对比黄沙和无减震物时的初始减震效果最好；其次在测点2时，减震物为稻草时，峰值振速衰减最快，黄沙居中，无减震物时峰值振速衰减最为缓慢，这也说明减震物为稻草时，中期减震效果最好；但在测点3时，无减震物和减震物为稻草、黄沙的峰值振速相差减小并逐渐趋向于0，减震物的减震效果减弱，但相较于无减震物时，有减震物的减震效果仍然要好，同时又说明了当测点距离震源足够远时，有减震物的减震效果有所减弱。

3 试验采集信号的三维能量谱

通过在Matlab7.0操作平台上对采集的信号进行HHT法分析，得到信号的希尔伯特三维能量谱，通过观察三维能量谱图可以清楚地看到信号时间—能量，时间—频率，频率—能量之间的关系[1]。

图4是测点2在不同减震物的条件下，取试验三次数据中的一组数据，作出其三维能量谱作为代表。从图中可以看出，能量集中范围中心频率在32Hz左右，与无减震物相比，减震物为黄沙、稻草时，在测点2，能量幅值分别下降了21.7%、50.0%。能量幅值下降明显，与峰值振速降低的百分比基本一致，偏差在可以接受的范围内。当在测点2时，地震波能量衰减的最快，与上文分析结果一致。证明了有减震物时的减震效果更好，当减震物为稻草时，减震效果最好。

4 结论

①现场试验通过改变不同减震物，验证了当减震物为稻草时，初始减震效果最好。②同时验证了减震物为稻草时，塌落振动的峰值振速降低的最快，减震效果最好；随着距震源的距离不断增加，有减震物的减震效果虽然有所下降，但仍然是比较好的，其中减震物为稻草时，减震效果最佳。③在城市建筑物爆破拆除时，可以通过在塌落前方或下面放置减震物来降低塌落振动的峰值振速，以保护周围其他建筑物和设施。实际工程中，在有条件的情况下，尽可能放置一些减震物，最好为稻草一类的植物秸秆。为了达到更好的减震效果，可以结合其他减震物做进一步的试验研究。

参考文献：

[1]刘强.拆除爆破中塌落振动的传播规律及减震机理研究[D].昆明：昆明理工大学，2013.

[2]叶洲元，马建军.爆破拆除高耸建筑物触地危害分析与控制[J].中国安全科学学报，2010，20（2）：150-154.

[3]王希之，王自力，龙源等.高层建筑物爆破拆除塌落震动的数学模型[J].爆炸与冲击，2002，22（4）：188-192.