高層建筑在爆破地震波作用下振動(dòng)傳播規(guī)律分析

張碩 席海躍 張帆 王繼賢 孟洋 宋希文

中國(guó)建筑第八工程局有限公司東北分公司 遼寧大連 116000

1 爆破地震波概述

1.1 爆破地震波的形成

爆破時(shí)，鄰近位置巖石會(huì)產(chǎn)生破裂圈，當(dāng)應(yīng)力波通過(guò)破裂圈后強(qiáng)度會(huì)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(dòng)。這一過(guò)程所產(chǎn)生的彈性振動(dòng)會(huì)以彈性波的形式向外傳播，進(jìn)而引發(fā)地面震動(dòng)，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(duì)其劃分可分為體積波和表面波。

1.2 爆破地震波的特點(diǎn)

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

2 高層建筑在爆破地震波作用下振動(dòng)傳播規(guī)律分析

本文在對(duì)高層建筑在爆破地震波作用下振動(dòng)傳播規(guī)律進(jìn)行分析時(shí)，是通過(guò)以某某城市的5 棟高層建筑為例進(jìn)行論述，該建筑位于大道邊坡的山體附近。爆破時(shí)使用的炸藥為二號(hào)巖石乳化炸藥，因山坡附近有高層建筑，故在爆破時(shí)需進(jìn)行振動(dòng)控制以減少對(duì)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(gè)傳感器對(duì)每棟高層建筑進(jìn)行水平監(jiān)測(cè)，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(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示：

2.1 監(jiān)測(cè)方案

方案一：將監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(xiàn)上，由于該次爆破的震動(dòng)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(dòng)同步。在爆破之前打開(kāi)傳感器，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)得的振動(dòng)速度和振動(dòng)頻率也不相同[1]。

方案二：將五個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在2 米、14 米、26 米、36 米、50 米的位置上，然后對(duì)五棟樓進(jìn)行分別測(cè)試，因本次爆破的振動(dòng)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(cè)量時(shí)要保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)的垂直方向在一條直線(xiàn)，由于每次監(jiān)測(cè)爆破震源位置和距離存在不同，因此所得到的振動(dòng)速度也不相同。

2.2 爆破地震波振動(dòng)速度衰減規(guī)律分析

對(duì)爆破地震波振動(dòng)速度衰減規(guī)律進(jìn)行分析時(shí)，主要是從爆破地震波振動(dòng)速度隨水平距離變化的規(guī)律和爆破地震波振動(dòng)速度隨高度變化的規(guī)律兩個(gè)層面進(jìn)行分析。一是爆破地震波振動(dòng)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(cè)點(diǎn)，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(shì)十分明顯[2]。

二是爆破地震波振動(dòng)速度隨高度變化的規(guī)律。當(dāng)測(cè)點(diǎn)接近爆源時(shí)，垂向振速會(huì)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(duì)較為平穩(wěn)。換句話(huà)說(shuō)，更改監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高度不會(huì)改變測(cè)點(diǎn)的切向振速和縱向振速。當(dāng)測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)離爆源時(shí)，垂向振動(dòng)速度會(huì)隨高度差的增加而增加。因此得出，垂向振速會(huì)隨著高度差的增加而越來(lái)越大，但切向振速和縱向振速的變化規(guī)律尚不能做出準(zhǔn)確判斷。

2.3 高層建筑在爆破地震波作用下振動(dòng)傳播規(guī)律總結(jié)

通過(guò)對(duì)上面方案的實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(cè)數(shù)據(jù)

一是爆破地震波垂向振動(dòng)速度會(huì)隨著水平距離的增加而減小，爆破地震波垂向振動(dòng)速度恒大于徑向振動(dòng)速度和切向振動(dòng)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(dòng)速度逐漸減小，切向振動(dòng)速度和徑向振動(dòng)速度的減弱趨勢(shì)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(shí)，爆破地震波振動(dòng)速度會(huì)隨著高度的增加而增大[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，隨著我國(guó)社會(huì)建設(shè)的不斷進(jìn)步，工程爆破在很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也發(fā)揮著不可替代的作用。由于爆破震動(dòng)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致爆破點(diǎn)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(duì)高層建筑影響問(wèn)題，需要加大對(duì)高層建筑在爆破地震波作用下振動(dòng)傳播規(guī)律的分析力度，從而掌握爆破震動(dòng)傳播的規(guī)律，以便更好的為爆破工程的實(shí)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?chē)ㄖ氖褂脡勖?，也正因如此，爆破地震波?duì)高層建筑物的影響成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重要對(duì)象。