第一课时-爆破地震机理

爆破振动测试1爆破地震机理2爆破振动安全评价3爆破振动信号测试4爆破振动信号分析技术1爆破地震波是在岩土介质中传播的一种逐渐衰减的扰动。它是由爆炸应力波转化而来，是非常复杂的随机复合波。爆炸地震波在传播过程中受许多因素的影响，例如爆炸地震波波的时频特征与爆源条件、传播介质的不同及地形、地质条件等许多因素。爆炸地震波在传播过程中由于介质阻尼的作用爆炸地震波的能量产生持续衰减，并且随传播距离增大，振幅降低，振动持续时间变长。爆破地震效应被公认为爆破的“公害”之首，一直是爆破工作者关注的热点。振动对建（构)筑物的危害尤为严重，同时与岩石的破碎，边坡的稳定性也密切相关。本周着重讲述爆破地震波的形成、特征；爆破振强度及破坏判据；爆破振动测试技术与分析技术。2爆破地震机理3•地震波：引起岩土介质质点发生振动的弹性波叫做地震波。•爆破振动：爆破地震引起的各种现象及其后果也称为爆破地震效应。•爆破振动波的能量只是炸药爆炸释能的一小部分，大约为2％～6%。爆破振动与自然地震5爆破地震波的形成及特征炸药在岩土中爆炸时，一部分能量对炸药周围的介质引起扰动，并以波动形式向外传播。应力波到达界面产生反射和折射叠加便形成地震波。地震波是一种弹性波，它包含在介质内部传播的体波和沿地面传播的面波。6炸药爆炸会引起地表运动，是一个接近地表面的爆炸，压力波向外传播直至碰撞表面后，便产生一个可以把它看成是从O传播出来的反射拉伸波，所以我们可以用相当于有两个爆源传播的地震波来表示接近地表的爆炸：在爆炸气体的压力作用下传递着一个球形压缩波，这个波在很小的距离上会表现出一个简单的短脉冲的形式，但在较大的距离上，便会表现为两个或三个的有阻尼的半正弦波的短振动脉冲，这就是第一个爆源。第二个源，岩土隆起一个拱形会产生三个波。一个是有球形阵面而中心为O的体波的长周期的纵向稀疏波。冲击波：在爆炸近区传播，范围为药包半径的10~15倍应力波：在爆炸中区传播，范围为药包半径的15~400倍地震波：应力波到达界面产生反射和折射叠加形成，是一种弹性波7体波可分为纵波和横波。纵波是由震源向外传播的压缩波，在传播过程中能引起介质产生压缩和拉伸变形。其特点是周期短，振幅小和传播速度快。横波是由震源向外传播的剪切波，在传播过程中能引起介质质点产生剪切变形。其特点是周期较长，振幅较纵波大，传播速度次于纵波。通常也把纵波叫P波（即初至波），把横波叫S波（即次波）。面波仅限沿地表面传播，它是体波在自由面多次反射叠加而成，主要包含瑞利波和勒夫波。其特点是周期长、振幅大，传播速度较体波慢，衰减也较慢，但携带的能量较大。爆破过程中造成岩石破裂的主要原因是体波的作用，而造成爆破地震破坏的主要原因是面波的作用。8在短距离内，三种波（P波、S波、R波）几乎一起到达，因而辩认地震波的类型是非常复杂的。而在远距离处，传播速度较慢的S波、R波开始与P波分离，就能辩认出来。在一幅完整的爆破地震波的记录图形中，一开始是一系列振幅较小、频率较高的波形，主要是纵波（P波）和横波（S波），紧接着一段是振幅较大、频率较低的R波波形，持续一段时间后，波形逐渐衰减。9地震波体波面波纵波（p波）瑞利波勒夫波横波（s波）爆破过程中造成岩石破裂的主要原因是体波的作用，而造成爆破地震破坏的主要原因是面波的作用.特点：周期长、振幅大，传播速度较体波慢，衰减也较慢，但携带的能量较大。周期短，振幅小，传播速度快，5－6km/s。周期较长，振幅较大，传播速度仅次于纵波3-4km/s。10纵波的波形特征11横波的波形特征12勒夫波的波形特征13瑞利波波形特征14地震波形图中包含三个相：初震相主震相余震相地震波形图15tA初震相主震相余震相A完整的地震波形图16由于多采用毫秒微差起爆，导致波群相互干扰和重叠，增加了爆破地震波形的复杂性，因此，在实测爆破地震波波形图中，纵波和横波很难分辨，往往也不加以区分。有时就将波形图的初始阶段称为初震相，中间振幅较大的一段称为主震相，后一段称为余震相。17一幅完整的爆破地震波形图中：开始：一系列振幅较小、频率较高波形主要是P波和S波；紧接：振幅较大、频率较低的R波，持续一段时间后，波形逐渐衰减。在短距离内：三种波(P波、S波、R波)几乎一起到达，地震波辩认复杂而困难。在远距离处：传播速度较慢的S波、R波开始与P波分离，地震波辩认容易。完整的爆破地震波形图：18初震相完整的爆破振动波形图19(2)爆破地震波基本参数振幅A：主震相中的最大振幅是表征地震波的重要参数，是振动强度的标志。频率f0（或周期T0）：一般用最大振幅所对应的一个波的周期作为地震波的参数，频率：f0=1/T0振动持续时间TE：指测点振动从开始到全部停止的时间，反映振动衰减的快慢20爆破振动与自然地震有明显区别：1）振动频率较高。爆破振动一般为10～30Hz（岩石中的频率高于土壤的。小药量的频率高于大药量的），大大超过普通建筑物的自振频率。而自然地震的频率一般为2～5Hz，接近一般建筑物的自振频率。2）振幅大。爆破振动振幅较大，但随着爆心距增加而迅速衰减，所以对周围介质的影响范围小。自然地震的振幅小，但衰减慢，波及范围大。3）持续时间短。爆破振动的持续时间约为0.1～2.0s（炸药量小和爆心距近时，一般不大于0.5s）；而自然地震的持续时间长，一般为10～40s。4）爆破振动的震源能量大小、影响范围和危害程度小爆破振动的强度可以通过采用一定的技术措施予以控制，而自然地震则不以人们的意志而改变。爆破地震动及爆破振动效应爆破地震动：爆破地面的运动。爆破冲击波→应力波→地震波→地表附近土层震动爆破地震效应：爆破地震波引起的破坏现象及后果。爆破地震效应是一个包含建（构）筑物本身以及爆破地震波多种因素的综合性的现象。23爆破地震效应问题的研究可以归纳为两个方面：（1）爆破地震波的特征及传播规律；（2）爆破地震波对建（构）筑物的影响。解决办法：(1)宏观调查：地震波特征分析；建筑物危害现象与破坏特征(2)振动测试：地震波；结构动力响应；结构动力特性参数爆破振动测试是研究爆破地震效应的基本手段和方法24