高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規(guī)律分析

張碩 席海躍 張帆 王繼賢 孟洋 宋希文

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1 爆破地震波概述

1.1 爆破地震波的形成

爆破時，鄰近位置巖石會產(chǎn)生破裂圈，當應(yīng)力波通過破裂圈后強度會迅速減弱，雖不能再一次引發(fā)爆破，但卻可以引發(fā)彈性振動。這一過程所產(chǎn)生的彈性振動會以彈性波的形式向外傳播，進而引發(fā)地面震動，這就形成了爆破地震波。爆破地震波是由不同種波組成，按照傳播途徑對其劃分可分為體積波和表面波。

1.2 爆破地震波的特點

爆破地震波共有五大特點。一是震源能力小 、影響范圍小；二是持續(xù)時間短，通常在0．1-0．2 秒；三是振動頻率高；四是振源大小和傳播方向可控；五是震動強度可調(diào)。

2 高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規(guī)律分析

本文在對高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規(guī)律進行分析時，是通過以某某城市的5 棟高層建筑為例進行論述，該建筑位于大道邊坡的山體附近。爆破時使用的炸藥為二號巖石乳化炸藥，因山坡附近有高層建筑，故在爆破時需進行振動控制以減少對高層建筑的影響。山坡巖石是以中硬巖石為主，爆破方式為深孔控制爆破和逐孔爆破，爆破的參數(shù)如下表表1 所示：

用五個傳感器對每棟高層建筑進行水平監(jiān)測，每棟樓的一樓、五樓、九樓、十三樓、十七樓設(shè)置為垂直監(jiān)測點，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示：

2.1 監(jiān)測方案

方案一：將監(jiān)測點布置在距離爆心水平距離131 米、182 米、236 米 、287 米 、344 米的位置處，保持其與爆源中心在一條徑向直線上，由于該次爆破的震動幅度較小、頻率較低，所以將傳感器放置在地表上用石膏粘附即可，只需保證傳感器與高層建筑物震動同步。在爆破之前打開傳感器，每個監(jiān)測點之間的距離為53 米，將其安放在同一樓層的樓道，因震源和位置存在不同，因此每次測得的振動速度和振動頻率也不相同[1]。

方案二：將五個監(jiān)測點布置在2 米、14 米、26 米、36 米、50 米的位置上，然后對五棟樓進行分別測試，因本次爆破的振動幅值較小、頻率較低，傳感器放在樓道上用石膏粘付即可，每次測量時要保證監(jiān)測點的垂直方向在一條直線，由于每次監(jiān)測爆破震源位置和距離存在不同，因此所得到的振動速度也不相同。

2.2 爆破地震波振動速度衰減規(guī)律分析

對爆破地震波振動速度衰減規(guī)律進行分析時，主要是從爆破地震波振動速度隨水平距離變化的規(guī)律和爆破地震波振動速度隨高度變化的規(guī)律兩個層面進行分析。一是爆破地震波振動速度隨水平距離變化的規(guī)律。隨著水平距離的不斷增加，垂向振速逐漸減小，在300-350 米處為最后監(jiān)測點，水平切向振速和徑向振速要小于垂直方向振速，垂直方向振速的衰減趨勢十分明顯[2]。

二是爆破地震波振動速度隨高度變化的規(guī)律。當測點接近爆源時，垂向振速會隨高度差值的增加而增加。水平切向振速和徑向振速要小于垂直方向振速。切向振速和縱向振速基本上不隨高度差的增加而發(fā)生變化，相對較為平穩(wěn)。換句話說，更改監(jiān)測點的高度不會改變測點的切向振速和縱向振速。當測點遠離爆源時，垂向振動速度會隨高度差的增加而增加。因此得出，垂向振速會隨著高度差的增加而越來越大，但切向振速和縱向振速的變化規(guī)律尚不能做出準確判斷。

2.3 高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規(guī)律總結(jié)

通過對上面方案的實驗和所得數(shù)據(jù)的分析，共總結(jié)出高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規(guī)律的三大結(jié)論。

表1 爆破相關(guān)參數(shù)

表2 監(jiān)測數(shù)據(jù)

一是爆破地震波垂向振動速度會隨著水平距離的增加而減小，爆破地震波垂向振動速度恒大于徑向振動速度和切向振動速度。

二是隨著爆心水平距離的增大，水平地面的爆破地震波振動速度逐漸減小，切向振動速度和徑向振動速度的減弱趨勢較小。

三是同一樓層的水平距離保持不變，增加距地面的高度時，爆破地震波振動速度會隨著高度的增加而增大[3]。

3 結(jié)語

綜上，隨著我國社會建設(shè)的不斷進步，工程爆破在很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，同時也發(fā)揮著不可替代的作用。由于爆破震動效應(yīng)會導(dǎo)致爆破點附近的高層建筑受到不同程度的影響和破壞，為有效解決爆破地震波對高層建筑影響問題，需要加大對高層建筑在爆破地震波作用下振動傳播規(guī)律的分析力度，從而掌握爆破震動傳播的規(guī)律，以便更好的為爆破工程的實施提供指導(dǎo)建議。這不僅保障爆破工程人員的生命安全，還可有效保障周圍建筑的使用壽命，也正因如此，爆破地震波對高層建筑物的影響成為國內(nèi)外學者研究的重要對象。