爆破地震波波長(zhǎng)對(duì)建筑物基礎(chǔ)的影響

楊迪 張夢(mèng)凡 許果

摘要本文介紹了爆破地震波的形成，了解了爆破地震波的傳播特點(diǎn)，并知道了爆破地震波的周期和頻率。通過求解建筑物運(yùn)動(dòng)方程，得出爆破地震波波長(zhǎng)對(duì)建筑物基礎(chǔ)的影響，從而知道遠(yuǎn)區(qū)的建筑物較近區(qū)的建筑物更容易發(fā)生共振現(xiàn)象，且共振的破壞作用要大得多。

關(guān)鍵詞爆破地震波傳播波長(zhǎng)共振

一、引言

隨著爆破技術(shù)的不斷發(fā)展和完善以及城鎮(zhèn)建設(shè)改革的需要，工程爆破的應(yīng)用范圍己由最初的采礦、修路發(fā)展到今天的城市大型建（構(gòu)）筑物的拆除、基坑的開挖以及城區(qū)道路和機(jī)場(chǎng)的平整建設(shè)等；爆破的環(huán)境也己由人煙稀少的荒郊野外轉(zhuǎn)移到人口密集的城鎮(zhèn)。工程爆破的應(yīng)用極大地降低了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了建設(shè)速度，提高了工作效率。但是隨著爆破技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們?cè)絹碓疥P(guān)注爆破對(duì)周圍環(huán)境和建筑物造成的影響，尤其是爆炸時(shí)產(chǎn)生的灰塵、震動(dòng)等問題更加得到了重視。

二、爆破地震波

（一）爆破地震波的形成

炸藥爆炸釋放出來的能量以兩種形式表現(xiàn)出來，一種是沖擊波，另一種是爆炸氣體。隨著傳播距離的增大，沖擊波衰減為應(yīng)力波和地震波，地震波引起的（近地表）地面振動(dòng)稱為地震動(dòng)。當(dāng)這種震動(dòng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)對(duì)爆區(qū)周圍的建筑物造成一定的破壞。

炸藥在巖（土）體中爆炸時(shí)，一部分能量對(duì)炸藥周圍的介質(zhì)引起擾動(dòng)，并以波動(dòng)形式向外傳播。通常認(rèn)為：在爆炸近區(qū)（藥包半徑的10～15倍），傳播的是沖擊波。在中區(qū)（藥包半徑的15～150倍）為應(yīng)力波。當(dāng)應(yīng)力波繼續(xù)向外傳播，波的強(qiáng)度進(jìn)一步衰減，其作用只能引起質(zhì)點(diǎn)做彈性振動(dòng)，而不能引起巖石破壞，這種波稱為彈性波。地震波是一種彈性波，它包含在介質(zhì)內(nèi)部傳播的體波和沿地面?zhèn)鞑サ拿娌ā?/p>

爆破過程中造成巖石破裂的主要原因是體波的作用，而造成爆破地震破壞的主要原因是面波的作用。在短距離內(nèi)，所有的三種波（（P波、S波、R波）幾乎是一起到達(dá)，因而辨認(rèn)地震波的類型是非常復(fù)雜的。而在遠(yuǎn)距離處，傳播速度較慢的S波，R波開始與P波分離，就能辨認(rèn)它們。

（二）爆破地震波的傳播特點(diǎn)

爆破地震波在巖土介質(zhì)中的傳播，是復(fù)雜的波動(dòng)過程的合成，縱波與橫波以及面波、直達(dá)波與反射波及折射波等組成的復(fù)雜振動(dòng)，通過介質(zhì)從爆源向四周傳播，由于縱波、橫波和面波的傳播速度各不相同，在巖土介質(zhì)中傳播不斷產(chǎn)生反射波、折射波等后生波，與直達(dá)波之間不斷發(fā)生相長(zhǎng)與相減疊加，使得爆破地震波的波形參數(shù)隨時(shí)間不斷發(fā)生變化。

爆破地震波隨著傳播介質(zhì)的不同，其傳播特性也不同，尤其在缺陷介質(zhì)中的傳播更具多樣性。爆破點(diǎn)周圍的地層起過濾系統(tǒng)的作用，以不同的速率抑制或衰減爆破地震波頻譜。爆破地震波在傳播過程中，可能會(huì)因?yàn)楦鞣N原因而具有其幾何擴(kuò)展特性。其另一個(gè)特點(diǎn)是能量釋放的過程持續(xù)時(shí)間一般較短，并且具有一定的突然發(fā)生的瞬態(tài)沖振動(dòng)的特性。

對(duì)于爆破地震波的傳播特性，其在空氣和水中的特性己被廣泛認(rèn)識(shí)。但是對(duì)于在巖土介質(zhì)當(dāng)中來說，情況則要復(fù)雜得多。因?yàn)閹r土具有不同的物理力學(xué)性質(zhì)，其物理力學(xué)性質(zhì)有時(shí)是連續(xù)的變化，有時(shí)又是突然躍遷變化的，加之巖石本身的地質(zhì)因素，天然巖體并非均質(zhì)體，巖體中含有大量的斷層、節(jié)理及裂隙等，使得巖體具有非連續(xù)性和顯著的各向異性。節(jié)理的存在使得爆炸能量分布不平衡，嚴(yán)重阻礙應(yīng)力波的傳播，造成應(yīng)力波能量的急劇衰減，所以要確定爆破震動(dòng)波的傳播特性則要困難得多。

（三）爆破地震波的周期和頻率

一般用最大振幅A所對(duì)應(yīng)的一個(gè)波的周期作為地震波的參數(shù)，頻率為其倒數(shù)。由于地震波明顯的瞬態(tài)振動(dòng)特征，為一頻域較寬的隨機(jī)信號(hào)，用頻譜分析方法得出頻譜可描述其頻率特征。

涅爾謝索夫等人認(rèn)為爆破地震波的周期與藥量或當(dāng)量Q有關(guān)，通過總結(jié)得出，在爆點(diǎn)附近，瑞雷波的周期基本上不改變。

三、爆破地震波的波長(zhǎng)對(duì)建筑物動(dòng)力響應(yīng)的影響

不同波長(zhǎng)的地震波對(duì)建筑物的影響是不同的。當(dāng)?shù)卣鸩úㄩL(zhǎng)比建筑物基礎(chǔ)尺寸大得多，或基礎(chǔ)為剛性基礎(chǔ)時(shí)，建筑物的基礎(chǔ)在地震波作用發(fā)生振動(dòng)時(shí)，基礎(chǔ)上各個(gè)點(diǎn)的振動(dòng)軌跡是相似的，所以建筑物基礎(chǔ)不產(chǎn)生相對(duì)位移，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的變形是一致的。而當(dāng)?shù)卣鸩ㄩL(zhǎng)與建筑物尺寸相當(dāng)，且結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)并不是剛性的，或者不是整體的，建筑物的基礎(chǔ)各點(diǎn)在地震波作用下運(yùn)動(dòng)是不相同的，基礎(chǔ)各個(gè)點(diǎn)將發(fā)生水平方向差動(dòng)或豎直方向差動(dòng)。

四、結(jié)論

綜合上面的討論，我們知道：當(dāng)建筑物的頻率與爆破地震波頻率相近時(shí)，建筑物對(duì)地震波速度響應(yīng)得到加強(qiáng)；而當(dāng)爆破地震波頻率比建筑物自振頻率大得多時(shí)，建筑物對(duì)地震波速度響應(yīng)較弱。當(dāng)建筑物的長(zhǎng)度比爆破地震波波長(zhǎng)大得多時(shí)，建筑物對(duì)地震波速度響應(yīng)較弱。我們?cè)诶碚撋辖鉀Q了一些實(shí)際問題，譬如在爆破地震波發(fā)生時(shí)，近區(qū)域的建筑沒有遭到破壞，而處在遠(yuǎn)區(qū)域的建筑物卻受到了很大的影響。通過結(jié)論，我們知道：遠(yuǎn)區(qū)的建筑物較近區(qū)的建筑物更容易發(fā)生共振現(xiàn)象，且共振的破壞作用要大得多，通過分析我們還知道動(dòng)力響應(yīng)的動(dòng)力系數(shù)與阻尼比有關(guān)系。阻尼比大，則動(dòng)力系數(shù)小；反之就起到了很大的破壞作用。

五、小結(jié)

關(guān)于爆破振動(dòng)和建筑物對(duì)爆破振動(dòng)的響應(yīng)己經(jīng)有很多人進(jìn)行了初步的探討，但是深入的理論研究文獻(xiàn)還是比較鮮見的，因此在這個(gè)領(lǐng)域需要擴(kuò)展的空間還很大，需要有更多的人投入到這些方面的研究工作來。

（作者單位：襄陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院）