李孝林 1，王少雄 2，高懷樹 3
（1.北京科技大學 資源與土木工程學院，北京 100083; 2.北京北方諾信科技有限公司，北京 100045，3.中國兵器工業(yè)集團公司，北京 100045）
摘 要：為了分析影響爆破振動頻率的各個因素，為結構物爆破振動安全評價提供可靠依據(jù)。通過現(xiàn)場爆破振動測試，結合實際分
析了頻率在爆破振動中的作用，并分析了結構物爆破振動響應的頻譜特性，發(fā)現(xiàn)爆炸能量、起爆段數(shù)、距離以及傳播介質對爆破振動
頻率都有不同程度的影響。通過對爆破振動頻率影響因素的分析，指出在爆破振動的測試分析中應充分注意到爆破條件和測試條件的
變化。
關鍵詞：爆破振動；振動頻率；頻譜特性
中圖分類號：TD 235.1 文獻標識碼：A
Analysis of factors affecting blasting vibration frequency
LI Xiao-lin 1，WANG Shao-xiong 2，GAO Huai-shu3
(1.College of Resources and Civil Engineering, Beijing University of Science and Technology, Beijing
100083, China; 2. Beijing North Norcin Tech-Co., LTD, Beijing 100045, China; 3.China Weapon Industries
Group Corporation, Beijing 100045, China)
Abstract：In order to analyze each element affecting blasting vibration frequency and provide reliable basis for the evaluation of structures blasting vibration safety, through blasting vibration testing on the spot, the thesis has studied the function of frequency in the blasting vibration in practice, and studied the frequency chart characteristic of the response of structure under blasting vibration. It has discovered the influence of blasting capacity, blasting delay interval, distance and spread substance on blasting vibration frequency. Through the analysis of the affecting factors of blasting vibration frequency, the paper points out that the transformation of blasting condition and test condition should be paid full attention to in the measurementanalyses of explosion vibration.
Key words：blasting vibration；vibration frequency；frequency chart characteristic 0 引 言
中國《爆破安全規(guī)程》（GB6722-86）規(guī)定：一般建筑物和構筑物的爆破地震安全性應滿足安全振動速度的要求，即現(xiàn)行規(guī)程是用質點振動速度表示地震動強度的。但是，隨著爆破技術的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)，以單一的質點振動速度作為衡量爆破振動強度的指標也有許多不妥之處，希望用質點峰值振動速度和對應頻率作為振動強度的指標[1]。目前，國外評判標準已發(fā)展到不只以單一參數(shù)作為判據(jù)。如瑞典的評判標準綜合考慮了振動速度、頻率、位移和加速度等多項指標，美國礦務局、德國和芬蘭的判據(jù)引入振動速度和頻率兩個指標[2]。現(xiàn)在大多數(shù)人意識到振動速度和頻率兩項指標作為判據(jù)是必要的。事實上，在注重總結質點峰值振動速度的衰減規(guī)律的同時，對爆破地震波中頻率的分布特征以及衰減規(guī)律進行更深入的研究，對爆破振動控制的理論研究和工程應用都具有重要的意義。
1 爆破振動頻率的計算分析
爆破振動特性可用幅值、頻譜和持時三大要素來描述。幅值是爆破振動強度的標志。頻譜是幅值與頻率的關系，爆破振動的頻譜屬連續(xù)譜，各種頻率的振動成分都有，但不同頻率振動成分的幅值不同，具有最大幅值振動成分的頻率稱為主頻。持時是爆破振動作用持續(xù)的時間。幅值、頻譜與持時的不同組合決定著爆破振動的安全性。爆破振動三要素(幅值、頻率和持續(xù)時間)均受震源動力特性、傳播距離、場地條件及建筑物動力響應特性的制約。爆破振動頻率的計算，目前國內有兩種公式計算爆破振動頻率。文獻[3]提出用下式計算爆破地震動引起的地面質點振動頻率
式中， k f為頻率系數(shù)， kf =0.01～0.03； s c 為巖的橫波波速，cm/s；Q 為相同距離同時起爆的總藥量，kg； R 為測點至爆源距離，m。文獻[2]提出的振動頻率計算公式如下
式中， k 為系數(shù)，對于硐室爆破， k =0.8～5.0；對于臺階爆破， k =5.0～50；對于拆除爆破，k =1.0～10；藥量大時系數(shù)取小值，反之取大值。上述兩個公式都是在一定試驗條件獲得的經驗公式，為計算爆破振動頻率做了有益的探索。通過大量的試驗數(shù)據(jù)，回歸分析得出頻率計算公式如下[3]：
2 爆破振動頻率影響因素分析
振動測試結果表明，隨著爆破方式的改變，振動幅值和主頻率都有所改變[4]。通常，對于露天礦爆破，與爆破振動關系最為密切的爆破參數(shù)，分別是距離、最大段藥量、超深、方位、總藥量和高差等參數(shù)。
2.1 起爆方式（延時間隔時間）對振動頻率的影響
通過對爆破地震波形的研究不難發(fā)現(xiàn)，齊發(fā)爆破的振動頻率較小，而微差爆破的振動頻率較高。在現(xiàn)場爆破振動測試中，分別對地表延期分區(qū)起爆和 V 型起爆進行了研究。通過對實測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，在試驗爆區(qū)改變起爆網絡后，爆破振動頻率特性有所改變。
通過改變起爆網絡，變原來的 V 型起爆為分區(qū)微差起爆后，使爆破振動的頻率發(fā)生了變化。圖 1是 V 型起爆(a)和地表延期分區(qū)起爆(b)的比較，兩炮的幾何位置比較接近，均在采礦實驗室同一地點測試，地質條件基本相同。
如圖 1，從兩炮的幅值譜看，地表延期分區(qū)起爆較“V”型起爆有以下特點：
（1）主頻有明顯提高；
（2）出現(xiàn)多峰，說明爆破振動能量較為分散。
2.2 采礦方法對爆破振動頻率的影響
現(xiàn)場爆破振動監(jiān)測的結果顯示，爆破地震波在巖體表面與內部、爆源的近區(qū)與中區(qū)、遠區(qū)有不同的衰減規(guī)律和頻譜特性，并且爆破地震波中面波和體波的成分也存在顯著差異。為充分了解爆破振動激勵特性的變化，不僅對露天礦爆破振動進行了測試，同時還對井下爆破對地面結構物的振動影響進行了監(jiān)測。分析結果表明，由于露天礦爆破藥量大、傳播距離相對較遠（水平距離大都在 1 500 m 以上，段藥量 4 500 kg 左右），爆破振動的主頻率較低（約4.5 Hz；而對于井下爆破，段藥量較小，傳感器布置在爆區(qū)在地表投影附近（垂直距離不到 200 m，水平距離為 100 m 左右，最大一段火工品量為 150 kg左右），爆破振動的主頻率較高（約 36 Hz）。 0.53cm/s 1 4 16 64 256頻率/Hz 0.12cm/s 1 4 16 64 256頻率/Hz （a） “V”型起爆（b） 分區(qū)微差起爆圖 1 不同起爆方式的頻率特性Fig.1 frequency property to different blasting methods206 遼寧工程技術大學學報 第 25 卷
2.3 離爆源的絕對距離影響主頻率
隨著傳播距離的增加振動幅值減小、主頻降低、持時增長。距離增加振動擾動空間加大、波陣面能量密度降低、介質阻尼損耗增多故幅值減小[5]。不同頻率振動成分隨距離衰減速率不同，頻率越高衰減越快，因此響應譜的主頻率隨著到爆源的絕對距離的增加（比例距離保持不變）而降低。圖 2 中的響應譜是根據(jù)比例距離相近而絕對距離不同處記錄的運動計算的，通過比較，可以看到這個主頻率降低的例子。
2.4 爆破段數(shù)影響主頻率
若實際測量的地面運動是由起爆若干段等間隔爆炸產生，響應譜就在延期間隔對應的頻率處變
尖。在圖 2 中可以看出這種改變，圖 2 上的譜是根據(jù)段藥量相同、到爆源的絕對距離相同處實測的運動計算的。差別：一個是單段爆破，而另一個是由七個段別組成的爆破。
2.5 場地條件（傳播介質）影響主頻
爆破場地介質越堅硬，振動幅值相對較低、主頻較高、持時較短。不同的傳播介質對地震波具有不同的濾波作用。在距離爆區(qū)大約 30 m 處，通過巖石傳遞的主要傳播頻率范圍從 20~100 Hz，而對于土壤，大約發(fā)生在 6~50 Hz 范圍內[6]。
可以通過比較圖 3 的響應譜看出，土壤(c1=1 200 m/s)與巖石(c=4 100 m/s)之間不同的傳播頻率。這些譜是根據(jù)比例距離相近處單段爆炸記錄的運動計算的，比例距離的換算是以能量為基礎的。
3 結 論
通過對大量實測數(shù)據(jù)的分析表明：
（1）不同的結構物對爆破振動的響應有所不同，在爆破振動安全評價中，除了考慮振動幅值外，還應充分注意頻率的影響。
（2）測點的位置（包括距爆破地點的距離、傳播介質等）、藥量以及起爆段數(shù)對爆破振動頻率都有影響，距離爆破地點越遠、傳播介質越松軟，測得的振動頻率越低，與結構物的固有頻率越接近，容易引起共振反應。因此，在爆破振動的測試分析中應予以重視。
（3）提高爆破振動主頻、減小持時、克服振動迭加，對建筑物爆破振動安全非常重要。
參考文獻：
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[3] 胡宗武. 工程振動分析基礎[M].上海:上海交通大學出版社,1985.
[4] 王 凱,吳滕芳,季茂榮.微差爆破地震反應譜的研究[J].爆破，1997,14(4):1-6.
[5] C.H.Dowding. 爆破振動監(jiān)測與控制[Z].李香燦,陸 來,李孝林,譯.北京:冶金部冶金安全教育指導站,1988.
[6] 戴 俊.柱狀裝藥爆破的巖石壓碎圈與裂隙圈計算[J].遼寧工程技術大學學報,2001,20(2):144-147.
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