概述    爆破時(shí)通過炸藥能量的釋放，使炮孔周圍介質(zhì)破碎，同時(shí)由于爆破應(yīng)力波作用又使遠(yuǎn)處介質(zhì)產(chǎn)生剪應(yīng)力和拉應(yīng)力，使介質(zhì)產(chǎn)生裂隙；剩余的一部分能量以波的形式傳播到地面，引起地面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，形成爆破地震。地面與地下工程結(jié)構(gòu)均受爆破地震的影響，在爆破工程設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行爆破地震強(qiáng)度的檢算。近年來，爆破拆除工程日益增多，為了不致?lián)p傷破壞爆體周圍的建筑與設(shè)備，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)是極為重要的。因此，在控制爆破設(shè)計(jì)中，同樣需要進(jìn)行爆破強(qiáng)度的檢算。通常使用爆破測(cè)振儀對(duì)其進(jìn)行爆破振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)。爆破地震與自然地震爆破地震與自然地震有相似之處，即二者都是急劇釋放能量，并以波動(dòng)的形式向外傳播，從而引起介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，產(chǎn)生地震效應(yīng)。但爆破地震還有以下特點(diǎn)：一、爆破地震的震源能量小，影響范圍??；二、持續(xù)時(shí)間短，爆破地震一般在0.1～0.2 S左右，而自然地震持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，一般在10～40 S左右；三、爆破地震振動(dòng)頻率高，而自然地震一般是低頻振動(dòng)；四、可以控制爆破震源大小及作用方向；五、通過改變爆破技術(shù)可以調(diào)節(jié)振動(dòng)強(qiáng)度。雖然在同一地點(diǎn)的兩種地震波參數(shù)相同，但爆破地震對(duì)該處建筑的影響和破壞程度要比自然地震輕。因此，對(duì)于爆破地震問題不應(yīng)按自然地震的計(jì)算方法來處理。爆破振動(dòng)速度爆破所引起的地面振動(dòng)與天然地震一樣，是一個(gè)非常復(fù)雜的隨機(jī)變量。它是以波的形式傳播的，其振幅、周期和頻率都隨時(shí)間而變化。振動(dòng)的物理量一般用質(zhì)點(diǎn)的振速、加速度、位移和振動(dòng)頻率等表示。用振動(dòng)的哪些物理量作為衡量爆破地震效應(yīng)強(qiáng)度的判據(jù)，在不同的工程實(shí)踐中，各有側(cè)重。目前，國(guó)內(nèi)外多采用地面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度作為衡量爆破地震效應(yīng)強(qiáng)度的判據(jù)。這是因?yàn)椋阂弧⑺梢允贡普駝?dòng)的烈度與自然地震烈度相互參照；二、目前采用的速度傳感器及二次儀表比較普遍，標(biāo)定與信號(hào)檢測(cè)較容易。三、便于換算與結(jié)構(gòu)破壞判據(jù)相關(guān)的參數(shù)。爆破振動(dòng)速度的計(jì)算巖石介質(zhì)的振動(dòng)矢量是由相互垂直的三個(gè)方向的矢量和求得的。一般用垂直振動(dòng)速度作為判據(jù)。在理論的推導(dǎo)上，由于爆破振速的大小與炸藥量、距離、地形、爆破方法等有關(guān)，推導(dǎo)出的公式（經(jīng)驗(yàn)公式）較多，目前使用較多的是由相似理論 量綱分析的結(jié)果，給出按藥量立方根比例推算的方法決定函數(shù)關(guān)系（薩道夫斯基提出的經(jīng)驗(yàn)公式），中科測(cè)控系列爆破測(cè)振儀軟件均可以分析爆破數(shù)據(jù)，提供參考v=k(Q^(1/3)/R)^α                          式（1）式中：V為爆破產(chǎn)生的振動(dòng)速度（cm/s）；K為介質(zhì)系數(shù)；α為衰減系數(shù)；Q為最大一段裝藥量（kg）；R為測(cè)點(diǎn)與爆心的距離（m）。  由于工程爆破的地質(zhì)條件、裝藥設(shè)計(jì)等等條件千變?nèi)f化，式中的參數(shù)經(jīng)常變化，特別是K與α系數(shù)的值要在具體的工程條件下確定。通常使用小藥量試爆，測(cè)試數(shù)據(jù)V、R、Q值進(jìn)行線性回歸，計(jì)算得出a1，a0的數(shù)值：即將式（1）變形得lnV=lnK+αln(Q^1/3／R)                 式（2）令： y=lnV，a0=lnK,a1=α，x=ln(Q^1/3/R)得y=a0+a1x                              式（3）求出K與α之值，然后根據(jù)設(shè)計(jì)的Q、R值計(jì)算出V值，同時(shí)應(yīng)使V值小于《爆破安全規(guī)程》（GB6722 86）規(guī)定的安全振速［V］范圍內(nèi)。安全振速爆破地震引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)速度，作為衡量爆破地震效應(yīng)強(qiáng)度的判據(jù)。不同的振速對(duì)巷道、建（構(gòu)）筑物等造成不同程度的破壞。為此，我國(guó)制定的《爆破安全規(guī)程》（GB6722 2014），規(guī)定了有關(guān)的安全振速，以防止爆破振動(dòng)引起的危害和損失。礦山巷道的安全振速為：(1)圍巖不穩(wěn)定，但有良好支護(hù)：［V］<10cm/s。(2)圍巖中等穩(wěn)定，有良好支護(hù)：［V］≤20 cm/s。(3)圍巖穩(wěn)定無支護(hù)：［V］≤30 cm/s。建(構(gòu))筑物地面質(zhì)點(diǎn)的安全振速為：(1)土窯洞、土坯房、毛石房屋：［V］≤1cm/s。(2)一般磚房，非抗震大型砌塊建筑物：［V］≤2～3 cm/s。(3)鋼筋混凝土框架房屋：［V］≤5cm/s。 爆破振動(dòng)反應(yīng)譜如上所述，雖然已將爆破地震的安全振速作為建（構(gòu)）筑物是否破壞的判據(jù)，據(jù)以判斷該建（構(gòu)）筑物在一定的爆破情況下是否安全，但是，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)可承受爆破地震荷載數(shù)值還無法確定。因?yàn)?，安全振速不能確定爆炸振動(dòng)對(duì)建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生的地震荷載（地震力）。地震荷載與一般荷載不同，一般荷載與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性無關(guān)，可以獨(dú)立確定。而地震荷載不僅取決于地震烈度，即地震時(shí)受到的影響和破壞程度的大小，還與建筑物的動(dòng)力特性等因素有密切關(guān)系，如結(jié)構(gòu)的自振周期、阻尼等。目前，我國(guó)與世界上大多數(shù)國(guó)家對(duì)自然地震的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，采用了反應(yīng)譜理論來確定地震荷載。應(yīng)譜的概念用一個(gè)阻尼諧和振動(dòng)子（即單自由度體系）來模擬真實(shí)建筑物，然后考察此振動(dòng)子在承受地震引起的速度、加速度、位移特性。我們將實(shí)測(cè)到的地面加速度曲線作為確定反應(yīng)譜的輸入，對(duì)于某一個(gè)自振頻率 阻尼的組合情況求出對(duì)于地面加速度的最大反應(yīng)，這一最大反應(yīng)就是反應(yīng)譜曲線上的一個(gè)點(diǎn)。因此，反應(yīng)譜的定義是單自由度體系對(duì)于給定的地面加速度考慮阻尼時(shí)的最大反應(yīng)（加速度、速度、位移）與系統(tǒng)的自振頻率（或周期）的關(guān)系曲線。反應(yīng)譜計(jì)算理論是根據(jù)地震時(shí)的實(shí)測(cè)記錄，通過分析計(jì)算所繪制的加速度反應(yīng)譜曲線為依據(jù)的。反應(yīng)譜分析在爆破地震中的應(yīng)用爆破振動(dòng)波形可進(jìn)行直觀分析，為什么還要進(jìn)行反應(yīng)譜分析？振動(dòng)強(qiáng)度的物理量中，如振幅的大小，振動(dòng)持續(xù)的時(shí)間的長(zhǎng)短等在所測(cè)波形中容易了解。然而，象頻率的高低、分布情況、能量的大小等物理量，從波形圖中不易得到。只有通過頻譜分析才能獲得振動(dòng)各參量中的各頻率成分和分布范圍，得到主振幅的頻率值。爆破地震頻譜分析很重要，它對(duì)各種結(jié)構(gòu)物，地下工程等，在爆破作用下的動(dòng)力分析，提供了不可缺少的振動(dòng)參數(shù)。頻譜分析地震波是質(zhì)點(diǎn)作周期性振動(dòng)的彈性波，波動(dòng)可能是瞬態(tài)的、周期性的或隨機(jī)性的。分析地震的作用，所關(guān)心的是地震通過時(shí)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。諧振運(yùn)動(dòng)的基本運(yùn)動(dòng)方程為：u=umax sinwt                   式（4）式中：u是在t時(shí)刻的質(zhì)點(diǎn)位移；umax是位移幅值；w 是角頻率，w =2πf，f為頻率。對(duì)式(4)求導(dǎo)，得到質(zhì)點(diǎn)作諧振動(dòng)的速度（V）和加速度（a）。 若只考慮最大值，則 實(shí)際上，地震波中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不是簡(jiǎn)單的諧振動(dòng)，位移幅值和周期都不是固定常數(shù)，而隨時(shí)間變化。但上述各參量幅值間的關(guān)系，可用來分析地震波中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。爆破產(chǎn)生的振動(dòng)波中包含各種成分的波。圖1是一較典型的爆炸地震圖。地震圖中三條曲線分別記錄了質(zhì)點(diǎn)位置矢量在三個(gè)方向上（縱向L，垂直方向Z，橫向T）的分量?？梢钥闯?，最先記錄下的是體波，爾后是表面波。各諧波分量中振幅最大的分量的頻率為主頻率。求算主頻率的方法是對(duì)波形進(jìn)行傅里葉譜分析，因質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)波形是時(shí)間的函數(shù)，通過傅里葉變換把振動(dòng)波形的振幅隨時(shí)間變化的函數(shù)變換成振幅隨頻率變化的函數(shù)，即由時(shí)域變成頻域。頻譜分析是以傅里葉級(jí)數(shù)和傅里葉積分為基礎(chǔ)。波形分析采用傅里葉積分的方法，是把時(shí)間域里的信號(hào)x(t)變換為頻率域里的函數(shù)x(w)之間的關(guān)系，記錄波形只在持續(xù)的時(shí)間T內(nèi)，x(t)才存在傅里葉變換。式中：x(t)：是爆破振動(dòng)量（如位移、加速度等 ）的時(shí)間歷程；x(w)：為x(t)的頻譜；w是角頻率；j=-1是復(fù)數(shù)單位。對(duì)有限長(zhǎng)波形的傅里葉變換是一復(fù)數(shù)。x(w)=R(w)+jI(w)                       式（5）式中實(shí)部： 虛部： 譜的幅值為 相位譜為： 快速傅里葉變換(即FFT算法)，是通過把整個(gè)數(shù)據(jù)序列，分離成若干個(gè)較短的序列來計(jì)算離散傅里葉變換(DFT)，以替代整個(gè)序列的DFT。FFT算法有多種計(jì)算結(jié)構(gòu)形式，常用的柯立 杜開法是使數(shù)列成2P的數(shù)據(jù)序列。FFT法可達(dá)到較快較高的速度和精度，達(dá)到實(shí)時(shí)分析的效果和替代繁雜的計(jì)算。因此用它編制成軟件，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行頻譜分析。進(jìn)行實(shí)測(cè)的爆破地震測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖２所示。使用上述系統(tǒng)可以把爆破地震直接進(jìn)行記錄分析打印,得到頻譜分析的結(jié)果，找出振動(dòng)波形中的主頻率。該系統(tǒng)可用筆記本式電腦直接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。找出主頻率，以此來判斷地震波對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，以及分析結(jié)構(gòu)在地震波作用下的反應(yīng)，求算出爆破地震荷載的大小和方向。 綜合分析爆破地震效應(yīng)強(qiáng)度是以振速(或加速度,位移)為判據(jù)，為保證建(構(gòu))筑物的安全，必須使其控制在《爆破安全規(guī)程》的安全振速及有關(guān)規(guī)定的范圍內(nèi)。國(guó)內(nèi)大多使用速度作為安全判斷依據(jù)，加拿大、美國(guó)是以加速度作為安全判斷標(biāo)準(zhǔn)，各有利弊，根據(jù)自己的需要或者是測(cè)試方便來選取。而要知道爆破地震所產(chǎn)生的地震荷載(地震力)，則要通過測(cè)試與頻譜分析，求出主頻率。可進(jìn)行某些建筑物的抗震(爆破地震)的設(shè)計(jì)，指導(dǎo)爆破設(shè)計(jì)與采取的安全措施以及事故的事后分析等。無疑對(duì)解決工程爆破問題是有幫助的。更多探討爆破測(cè)振儀 爆破振動(dòng)傳感器 爆破振動(dòng)速度 可隨時(shí)聯(lián)系我們！