臨近居民區爆破的現場測試分析

張 偉，畢衛國,孫明旭

(1.山東交通學院 交通土建工程學院，山東濟南 250357；2.山東省土木工程防災減災重點實驗室(山東科技大學)，山東青島 266590)

臨近居民區爆破的現場測試分析

張 偉1，2，畢衛國2,孫明旭2

(1.山東交通學院 交通土建工程學院，山東濟南 250357；2.山東省土木工程防災減災重點實驗室(山東科技大學)，山東青島 266590)

以青島經濟技術開發區某水庫擴容工程爆破開挖項目為背景，對爆破產生的地震動效應及對建筑物的影響進行現場測試，同時應用IDTS3850 Seismogragh 軟件并結合Matlab 中的FFT變換，對爆破測試數據進行綜合分析。分析結果表明，爆破振動在3個方向上的振動持續時間不同；在爆破中遠區，應選擇爆破振動主頻和3個方向的疊加速度作為爆破振動判據，該分析結果為今后的爆破設計和控制爆破開挖引起的地震動提供參考和依據。

爆破； 爆破地震波；頻譜分析；現場測試；統計分析

青島經濟技術開發區某水庫擴容工程需爆破開挖，為減輕主爆區爆破對臨近村莊的震動影響，對爆破產生的地震動效應進行現場測試，同時應用IDTS3850 Seismogragh 軟件并結合Matlab 中的FFT變換，對爆破測試數據進行綜合分析，為今后現場爆破設計和施工提供依據。

1 爆破振動測試

圖1 爆破環境及測點布置圖

1.1地形條件

該水庫爆破區域的巖石為微風化巖石，巖體較完整，無明顯節理和斷層帶。由于該水庫緊鄰村莊(民房為毛石基礎、磚砌結構)，爆破的地震動強度、爆破噪聲和飛石等有害效應直接影響村民安全，爆破環境及測點布置如圖1所示。

1.2現場測試

根據上述條件和國家爆破振動安全允許標準，依靠技術先進、靈敏度高、誤差小、操作使用及維修方便的IDTS測試系統進行現場測試。IDTS 3850振動記錄儀的工作原理是將傳感器捕捉到的信號轉換成電壓信號，再通過A/D轉換器將電壓信號轉換為數字信號并存儲在儀器的CPU中。將IDTS 3850 振動記錄儀與計算機通過RS232數據線相連接，然后通過與IDTS 3850測振系統配套的IDTS 3850 Seismogragh 軟件對數據進行綜合分析、處理[1-4]。由于測試數據較多，取其中有代表性的振動圖形，見圖2～7。

2 測試數據分析

2.1爆破振動速度的頻譜分析

頻譜分析是將時間域的各種動態信號變換到頻率域進行分析，分析的結果是以頻率為橫坐標的各種動態參量的譜線和曲線[5-7]。本文運用Matlab編程，對實測爆破振動數據進行頻譜分析，得到實測波形的主頻和高能量所在的頻帶。取1組典型的爆破振動波形進行分析，如圖8、9所示。[8-9]

圖2 測點2垂直方向速度時程曲線

圖3 測點3垂直方向速度時程曲線

圖4 測點2水平徑向速度時程曲線

圖5 測點3水平徑向速度時程曲線

圖6 測點2水平切向速度時程曲線

圖7 測點3水平切向速度時程曲線

圖8 測點2數據水平徑向振動波形及頻譜圖

圖9 測點2數據水平切向振動波形及頻譜圖

通過對實測爆破數據的FFT分析可知，爆破振動波是隨機性的瞬態波形，含有豐富的諧波頻率，具有一定的頻帶寬度。爆破振動能量主要集中在50 Hz以上的頻帶，與一般建筑物的固有頻率(一般為幾Hz)相比，一般不會造成由共振引起的建筑物破壞。

2.2爆破振動參數的統計分析

在爆破地震的中遠區，爆破振動參數在垂直方向、水平徑向和水平切向3個方向上的數據是有區別的，針對本次爆破數據，以測點的序號N作為橫軸，以爆破振動參數為縱軸，進行對比，如圖10～15所示[10-12]。

圖10 3個方向振動持續時間對比

圖11 3個方向最大速度對比

圖12 3個方向最大加速度對比

圖13 3個方向最大速度發生時刻對比

圖14 3個方向最大加速度發生時刻對比

圖15 3個方向振動主頻

由圖10可知，爆破振動區別于天然地震動的一點在于爆破振動的振動時間很短，從幾ms到幾百ms不等。除個別奇異點外，垂直方向振動持續時間最短，水平徑向振動持續時間最長，水平切向振動持續時間處于中間位置。由圖11可知，垂直方向的最大速度高于水平徑向和水平切向最大速度；除個別奇異點外，水平切向最大速度高于水平徑向最大速度。由圖12可知，除個別奇異點外，垂直方向的最大加速度高于水平徑向和水平切向，但是水平切向和水平徑向的最大加速度的變化規律不明顯。由圖13可知，3個方向的最大速度不是在同一時刻出現；水平徑向的最大速度發生時間最晚，水平切向最大速度發生時間晚于垂直方向。所以，在爆破振動分析中，單純以某個方向的速度作為判定結構物破壞的指標不夠精確，對于結構物的動力影響，應該是三者矢量迭加的結果。由圖14可知，3個方向最大加速度也不在同一時刻出現，3個方向最大加速度發生時刻的先后順序未表現出明顯規律。由圖15可知，爆破地震波的主頻率較高，一般可達10～102Hz數量級，本次爆破振動波3個方向的振動主頻分布相對集中在50～130 Hz，除個別奇異點外，垂直方向振動主頻大于水平切向和水平徑向，水平徑向主頻又低于水平切向，所以在爆破動力分析中，應該從速度和主頻分布情況等多方面來進行分析。

3 結語

1) 爆破振動波含有豐富的諧波頻率，爆破振動能量主要集中在50 Hz以上的頻帶，一般不會造成由共振引起的建筑物破壞。2)爆破振動的振動時間很短，從幾 ms到幾百 ms不等，垂直方向振動持續時間最短，水平徑向振動持續時間最長。3)在爆破中遠區，應根據幾個方向振動主頻和幾個方向的矢量速度作為爆破振動判據，對建筑物進行爆破振動響應分析。

該測試研究為今后現場爆破設計和施工提供了可靠的數據依據，同時可以更加理性地認識爆破地震波，便于今后的理論研究和探討。

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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

郎偉鋒)

2014-04-28

張 偉(1979—)，女，濟南人，山東交通學院實驗師，山東科技大學博士研究生，主要研究方向為爆破震動預測與控制.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.03.018

O384

A

1672-0032(2014)03-0083-04