高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規律分析

張碩 席海躍 張帆 王繼賢 孟洋 宋希文

中國建筑第八工程局有限公司東北分公司 遼寧大連 116000

1 爆破地震波概述

1.1 爆破地震波的形成

爆破時，鄰近位置巖石會產生破裂圈，當應力波通過破裂圈后強度會迅速減弱，雖不能再一次引發爆破，但卻可以引發彈性振動。這一過程所產生的彈性振動會以彈性波的形式向外傳播，進而引發地面震動，這就形成了爆破地震波。爆破地震波是由不同種波組成，按照傳播途徑對其劃分可分為體積波和表面波。

1.2 爆破地震波的特點

爆破地震波共有五大特點。一是震源能力小 、影響范圍小；二是持續時間短，通常在0．1-0．2 秒；三是振動頻率高；四是振源大小和傳播方向可控；五是震動強度可調。

2 高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規律分析

本文在對高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規律進行分析時，是通過以某某城市的5 棟高層建筑為例進行論述，該建筑位于大道邊坡的山體附近。爆破時使用的炸藥為二號巖石乳化炸藥，因山坡附近有高層建筑，故在爆破時需進行振動控制以減少對高層建筑的影響。山坡巖石是以中硬巖石為主，爆破方式為深孔控制爆破和逐孔爆破，爆破的參數如下表表1 所示：

用五個傳感器對每棟高層建筑進行水平監測，每棟樓的一樓、五樓、九樓、十三樓、十七樓設置為垂直監測點，監測數據如表2所示：

2.1 監測方案

方案一：將監測點布置在距離爆心水平距離131 米、182 米、236 米 、287 米 、344 米的位置處，保持其與爆源中心在一條徑向直線上，由于該次爆破的震動幅度較小、頻率較低，所以將傳感器放置在地表上用石膏粘附即可，只需保證傳感器與高層建筑物震動同步。在爆破之前打開傳感器，每個監測點之間的距離為53 米，將其安放在同一樓層的樓道，因震源和位置存在不同，因此每次測得的振動速度和振動頻率也不相同[1]。

方案二：將五個監測點布置在2 米、14 米、26 米、36 米、50 米的位置上，然后對五棟樓進行分別測試，因本次爆破的振動幅值較小、頻率較低，傳感器放在樓道上用石膏粘付即可，每次測量時要保證監測點的垂直方向在一條直線，由于每次監測爆破震源位置和距離存在不同，因此所得到的振動速度也不相同。

2.2 爆破地震波振動速度衰減規律分析

對爆破地震波振動速度衰減規律進行分析時，主要是從爆破地震波振動速度隨水平距離變化的規律和爆破地震波振動速度隨高度變化的規律兩個層面進行分析。一是爆破地震波振動速度隨水平距離變化的規律。隨著水平距離的不斷增加，垂向振速逐漸減小，在300-350 米處為最后監測點，水平切向振速和徑向振速要小于垂直方向振速，垂直方向振速的衰減趨勢十分明顯[2]。

二是爆破地震波振動速度隨高度變化的規律。當測點接近爆源時，垂向振速會隨高度差值的增加而增加。水平切向振速和徑向振速要小于垂直方向振速。切向振速和縱向振速基本上不隨高度差的增加而發生變化，相對較為平穩。換句話說，更改監測點的高度不會改變測點的切向振速和縱向振速。當測點遠離爆源時，垂向振動速度會隨高度差的增加而增加。因此得出，垂向振速會隨著高度差的增加而越來越大，但切向振速和縱向振速的變化規律尚不能做出準確判斷。

2.3 高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規律總結

通過對上面方案的實驗和所得數據的分析，共總結出高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規律的三大結論。

表1 爆破相關參數

表2 監測數據

一是爆破地震波垂向振動速度會隨著水平距離的增加而減小，爆破地震波垂向振動速度恒大于徑向振動速度和切向振動速度。

二是隨著爆心水平距離的增大，水平地面的爆破地震波振動速度逐漸減小，切向振動速度和徑向振動速度的減弱趨勢較小。

三是同一樓層的水平距離保持不變，增加距地面的高度時，爆破地震波振動速度會隨著高度的增加而增大[3]。

3 結語

綜上，隨著我國社會建設的不斷進步，工程爆破在很多領域中得到了廣泛的應用，同時也發揮著不可替代的作用。由于爆破震動效應會導致爆破點附近的高層建筑受到不同程度的影響和破壞，為有效解決爆破地震波對高層建筑影響問題，需要加大對高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規律的分析力度，從而掌握爆破震動傳播的規律，以便更好的為爆破工程的實施提供指導建議。這不僅保障爆破工程人員的生命安全，還可有效保障周圍建筑的使用壽命，也正因如此，爆破地震波對高層建筑物的影響成為國內外學者研究的重要對象。