爆破地震作用的沟槽效应Word格式.docx
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(b)有沟槽时的测点布置及爆破震动作用分区;
(c)爆破震动衰减情况的R~V拟合曲线
.—没有沟槽或不受沟槽影响的测量值;
×
—受沟槽影响的测量值;
-—不受沟槽影响的R~V拟合曲线(实线部分);
…—受沟槽影响的R~V拟合曲线(虚线部分)
对于有沟槽的地震效应测试,在爆破前,由人工挖掘沟槽一个。
为了较好地反映沟槽的隔震效果,设计沟槽深度为1m(大于爆源深度),沟槽长度7m(使地震波经过55°
以上的绕射角才能到达沟槽以后的各测点),沟槽底宽0.8m,沟口宽1m,沟槽与爆破地震波传播方向垂直。
测点相对于爆源布置成测线,测线垂直于沟槽,测点分布于沟槽两边,沟槽近区加密布点,沟槽底部和两壁也布置了测点。
实测数据列于表1。
表1 爆破震动沟槽效应测试
未受沟槽影响的测试值
测点编号
1
24
25
26
5
6
27
8
9
28
11
12
距离/m
5.8
6.7
7.4
8.1
8.6
10.3
10.7
12.2
14.4
17.3
18.9
11.0
振速/cm.s-1
1.09
0.75
0.77
0.69
0.48
0.39
0.45
0.36
0.28
0.31
0.23
0.43
频率/Hz
35
31
21
18
23
29
测点所在分区
Ⅰ
受沟槽影响的测试值
13
14
15
16
17
19
20
22
30
11.3
11.7
11.9
12.4
12.7
12.9
13.4
14.9
16.6
18.1
0.56
0.34
0.16
0.21
0.41
0.25
0.18
50
42
Ⅳ
沟壁
Ⅲ
Ⅴ
Ⅱ
3 测试结果分析
由测试结果可见,爆破地震波经过沟槽时具有复杂的动力响应作用。
除了目前人们熟知的沟槽隔震作用以外,还有以下特点:
(1)沟槽边缘的质点振动强度具有放大效应。
爆破地震波传播到沟槽边缘时,震动强
度增加。
地震波经过沟槽后,沟槽对面的V区的边缘部分地震强度不是衰减,而是放大。
这与目前人们的认识不一致。
(2)沟槽底部的地震波具有体波的特征。
当沟槽宽度不大时,沟槽底部的地震波形具有体波的特征:
振幅小,频率高。
(3)爆破地震沟槽效应具有分区特性。
由于存在沟槽效应,不同区段地震波变化规律不同。
根据测试结果,拟合出具有沟槽效应的地面质点振速V随爆源距离R变化的关系曲线,如图1(c)所示。
(4)沟槽具有隔震效果。
沟槽对面波具有很好的隔震作用,表现在波形图上,频率低、振幅大的面波经过沟槽及其边缘放大区之后有明显的衰减,如图2的23#波形等。
从图1(c)中的R~V拟合曲线可知,在沟槽附近的V区之后,震动强度明显降低。
本试验条件下,在同样距离时,有沟槽的爆破震动强度比无沟槽时降低约32%。
沟槽对体波的隔震作用较小。
沟槽深度愈大,隔震效果愈好,当沟槽深度大于爆源深度时,有明显的隔震效果。
图2 部分实测的典型波形图
26#—Ⅰ区波形图;
14#—Ⅳ区波形图;
15#—沟槽壁上的波形图;
16#—沟槽底部(Ⅲ区)波形图;
19#—Ⅴ区波形图;
23#—Ⅱ区波形图
式中 V ——质点振动速度,cm*s-1;
Q ——装药量,kg;
R ——质点至爆源距离,m;
K、α——系数,与爆破方法和介质条件有关。
本试验条件下,回归得到的K=22,
α=1.3。
Ⅱ区是受沟槽影响之后的介质表面区,即沟槽减震作用区。
因面波沿介质表面传播,一定深度的沟槽对面波能起到很好的隔离作用。
Ⅱ区的面波是从沟槽两端绕射而来的,其强度主要与沟槽参数有关。
沟槽愈长,经绕射而来的面波能量愈小。
若沟槽较浅,爆源较深,体波可直接传播至Ⅱ区,受沟槽的影响较小。
否则,体波需经沟槽底部绕射而至,衰减较大。
一般的沟槽深度有限,因此与Ⅰ区相比,Ⅱ区的面波作用权重明显减小,这正是沟槽具有隔震作用的主要原因。
通常沟槽长度大于深度,加之面波传播速度又低于体波,所以经沟槽端部绕射而来的面波明显迟于经沟槽底部传来的体波,所以从Ⅱ区的振动波形图上可以看到初始段为振幅小、频率高的体波,持续较长时间之后才是频率较低、经过显著衰减后的面波。
Ⅱ区的质点振动强度可按下式计算:
式中 K′——与沟槽参数和震源条件有关的隔震系数。
当沟槽深且长,震源弱又浅时取小值,
K′=0.68。
天然地震的震源较深,爆破地震的震源较浅,因此,对规模较小的沟槽或裂缝,爆破地震的沟槽隔震效果比天然地震好。
Ⅲ区在介质内部,属于体区,传播体波。
该区未受沟槽影响。
当沟槽较深且宽度不大时,沟底传播的主要是体波,因此频率高,振幅小。
Ⅳ区是沟槽地震波反射拉伸区。
当平面地震波垂直入射到沟槽坡面AA′面时,在此自由面上产生全反射[1]。
设入射波振速的波形表达式为:
Vi(t)=A1f(t) (3)
则反射波形为:
Vr(t)=-A1f(t) (4)
所以坡面AA′的质点位移U(t)为:
式中 A1——入射波振动速度的振幅。
由此可见,沟槽AA′面上,振动位移比入射波增加了一倍,振动强度增加。
Ⅳ区是地震波在坡面AA′附近受到反射拉伸影响的范围,该区的R~V曲线反映了地震波受到反射拉伸影响的情况。
Ⅴ区是受沟槽坡面BB′影响的动力响应区。
由于沟槽AA′坡面的全反射隔离作用,该区的振动不是从爆源直接传来,而是在沟槽底部体波的作用下,对上部Ⅴ区介质产生的动力响应作用[2],使Ⅴ区有震动放大作用。
作者单位:
西南工学院(四川,621002)
参考文献
1 陶颂霖.凿岩爆破.北京:
冶金工业出版社,1986
2 孟吉复.爆破测试技术.北京:
冶金工业出版社,1992
4 沟槽效应机理分析
若地震波沿介质表面传播过程中遇到沟槽时,沟槽前后不同部位将产生不同程度的动力响应,即沟槽效应。
具有沟槽效应的振动作用可分为如图1(b)所示的5个分区,各分区振动效应不同。
Ⅰ区为未受沟槽影响的介质表面区。
因Ⅰ区的地震波沿表面传播,所以该区面波作用权重大,体波作用权重小,振动速度可按下式计算:
5 结束语
爆破震动沟槽效应的研究,深化了对沟槽隔震作用的认识:
(1)沟槽对面波的隔震作用强于体波,而面波是引起地面建(构)筑物地震破坏的主要因素。
(2)沟槽的两个坡面的近区是动力响应区,响应区的范围与介质性质、沟槽深度、爆破方法等因素有关。
本试验条件下的响应区宽度约为0.6m。
响应区内震动强度有所加强,之后有明显的减震效果。
认识这一点,对于正确设置防震沟的位置,减小震害具有实际的指导意义,例如:
当拆除爆破需要挖防震沟时,防震沟宜设置在爆源近区,不能设置在距保护的建(构)筑物太近的地方,以免使被保护物处于沟槽的动力响应区内。
(3)沟槽不同分区的体波和面波作用权重不同,地震波的强度、频率和衰减规律具有分区特性,认识这一点有利于爆破地震预测。
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