爆炸水池水下爆炸振動傳播的測試分析

劉曉文,曹祖貴,黃 麟,高玉剛

(安徽理工大學(xué)化工學(xué)院, 安徽淮南 232001)

爆炸水池水下爆炸振動傳播的測試分析

劉曉文,曹祖貴,黃 麟,高玉剛

(安徽理工大學(xué)化工學(xué)院, 安徽淮南 232001)

采用UBOX-爆破振動記錄儀對爆炸水池中炸藥爆炸振動效應(yīng)進行了研究,記錄炸藥在水池中爆炸時產(chǎn)生的地震波,并對其進行分析,得到振速、裝藥量和距離的關(guān)系,為以后實驗室條件下水池安全布藥提供指導(dǎo),并驗證了減振改造的效果。

水下爆炸; 爆炸震動; 地震波; 減振

一 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,水下爆破的應(yīng)用十分廣泛,人們越來越關(guān)注爆破振動對周圍環(huán)境的影響。很多工程爆破的糾紛都與爆破振動有關(guān),如:建筑物裂縫、門窗振響、邊坡滑塌以及人畜震驚等的投訴涉及到爆破施工方面,所以對爆破振動的研究一直是人們所關(guān)注的重要課題。由于水中裝藥爆炸的一部分能量會以波的形式經(jīng)水介質(zhì)向外傳播引起相鄰地層介質(zhì)的振動,當(dāng)振動強度達到一定數(shù)值時,能對地面和地下建筑物造成破壞。有一些水下爆炸項目裝藥量很少,引起的振動效應(yīng)也較弱,但爆炸次數(shù)多,周圍建筑物振動頻繁,特別是距離較近,建筑物強度不高且地下結(jié)構(gòu)又較復(fù)雜的情況下,引起的疲勞損傷將造成永久性損壞。這種危害是爆破安全所關(guān)注的問題。本文針對安徽理工大學(xué)爆破實驗樓南側(cè)爆炸水池的爆破實驗情況進行了測試和分析,獲得振動波形,并對其進行分析,得到振速、裝藥量和距離的關(guān)系。測試的環(huán)境如圖1所示。水池規(guī)格為Φ5.5 m×3.62 m,水池內(nèi)充滿水。

二 實驗研究

1 實驗儀器

本試驗采用的儀器是四川拓普測控科技有限公司生產(chǎn)的ubox-5016型便攜式振動分析儀。這種測振儀可以放在測點處,從而省去測量導(dǎo)線和電源線,一改過去爆破振動有線測量方式為自記方式,具有儀器輕、價格低廉、操作簡單、工作可靠等特點。

圖1 測試環(huán)境圖

2 測試過程

參數(shù)設(shè)置。采樣頻率20 kHz;采樣時間1 s;觸發(fā)方式:通道出窗觸發(fā)方式;觸發(fā)電平50 mv;通道耦合:直通方式;預(yù)采樣長度:記錄觸發(fā)前的數(shù)據(jù),設(shè)置成256個樣點。

布置測點。選擇同直線上3個測點,編號分別為A、B、C,離藥包的距離分別為3 m、6 m、9 m。測點選擇完畢后,圍繞測點分別布置徑向、切向、垂直方向的傳感器,用石膏固定傳感器。

測試。在鐵架中央固定10 g TNT當(dāng)量藥包(含雷管),用電動機將其吊入水池中央2/3高度。打開自記儀,放炮記錄數(shù)據(jù)。為保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性每個測點平行做四次。實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 水池實測振動速度與主震頻率

3 實驗數(shù)據(jù)的分析

最小二乘法回歸振速公式的K,α值將表1中所得數(shù)據(jù)取平均值,采用薩道夫斯基經(jīng)驗公式進行回歸。

圖2 K、α直線擬合圖

所以α=1.518,K=53.9。

由此得到實驗條件時的振速公式

三 爆破實驗樓安全預(yù)測

用BMana.exe分析軟件來分析所測出來的波形,得安全預(yù)測圖如圖3、4、5所示,其中圖3中ρ=Q1/3/R。

爆破實驗樓南側(cè)房間距水池最近,受到爆炸實驗影響也最大,所以取南側(cè)房間為參考對象進行估算,此時R=6.0 m,如取爆炸水池承載的最大藥量為20 g TNT,用上述回歸公式算出的最大振速為:V =0.491 cm·s-1,估算得到的數(shù)值對于磚混結(jié)構(gòu)的建筑物是安全的。通過實驗得到的數(shù)據(jù)進行回歸得到的爆破振動公式(2)預(yù)測7.5 m、10.5 m和13.5 m的振速分別為0.247 cm·s-1、0.148 cm·s-1、0.101 cm·s-1。與張立等人減振實驗所測得的結(jié)果進行比較,發(fā)現(xiàn)比減振后數(shù)據(jù)略大,但是明顯小于減振前的數(shù)據(jù)。筆者認為這是由于爆炸水池經(jīng)過多年的使用,減振效果有所減弱,但水池目前的減振措施對周圍的環(huán)境仍有保護作用。

四 結(jié)論

根據(jù)爆破安全中建(構(gòu))筑物地面質(zhì)點振動速度允許標準,10 g炸藥(TNT當(dāng)量)在水池爆破時,離水池十米左右的地方振動速度約為0.159 cm·s-1,主震頻率約為20 Hz,對火工樓基本無影響。

2005年爆炸水池作過減振改造,減振效果顯著,經(jīng)過多年使用,作用雖有所衰減,但爆炸振動仍遠低于改造前,減振改造對以后減振項目有一定的參考價值。

地面振動速度隨著距離增大而發(fā)生衰減符合薩道夫斯基經(jīng)驗公式,回歸出的振速、裝藥量與距離的經(jīng)驗公式,對以后水下爆炸試驗裝藥量以及爆炸水池減震效果提供一定的依據(jù)。

從主振頻率來看水下爆炸對結(jié)構(gòu)物的影響比較明顯,特別是近距離多層建筑物影響較大。

[1] 張虎,馬紅衛(wèi),羅偉,等.炸藥水下爆炸引起地面振動的研究[J].煤礦爆破,2007,(3):4-6.

[2] 張立,陸守香,汪大立.有限水域煤礦工業(yè)炸藥爆炸能量的測試研究[J].煤礦學(xué)報,2001,26(1):274-278.

[3] 張立.爆破器材性能與爆炸效應(yīng)測試[M].合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2006.

[4] 張立.有限水域的爆炸振動效應(yīng)與減振措施[J].噪聲與振動控制,2003,(2):32-34.

AbstractThis paper focuson the explosive blast vibration effects to blastpond using theUBOX-blasting vibration recorder,which record the seismic waves generated by explosives exploded in the pond.The relations between vibration velocity and quantities of explosion or horizontal distance from measuring points to blast centerwere obtained,which can be reference for arranging explosives safely in the pool under the laboratory conditions,and the experimental results verify the effect of the renovated pool.

Key wordsunderwater explosion;explosive shaking;seis mic waves;decreasing shakes

Ground Vibration Tests of Underwater Explosion in Blast Pond

L IU Xiao-wen,CAO Zu-gui,HUANGLin,GAO Yu-gang

(Anhui University of Science and Technology,Huainan Anhui232001)

TD235.1

A

1671-4733(2010)04-0013-03

DO I:10.3969/j.issn.1671-4733.2010.04.004

2010-10-21

劉曉文(1984-),男,安徽安慶人,研究生,研究方向為應(yīng)用化學(xué),電話15855405486。