CN102243043B - 一种开设爆破减震缝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开设爆破减震缝的方法，包括以下步骤：首先预设减震缝进行试爆破和测试数据，然后确定减震缝的减震率公式，最后以此公式为指导，通过限定公式中四个参数中任意三个参数的值，在减震率达到爆破需求的前提下，来确定另外一个参数的值，从而开设出符合要求的减震缝。本发明的方法步骤简单，操作容易，安全性高，在该方法中采用的经验公式简单、易计算，操作性强，通过本发明的方法开设出来的爆破减震缝可以有效减小地震波影响，达到保护重要目标的作用。此外，本发明科学强，综合考虑各种因素，优化减震缝的开设参数，可以避免人力和物力的浪费，大大降低工程爆破的成本，有利于推广应用。

Description

一种开设爆破减震缝的方法

技术领域

本发明涉及一种爆破方法，具体涉及一种可以有效减小地震波影响的开设爆破减震缝的方法。

背景技术

目前，由于爆破技术的优越性，其在经济建设中的地位日益凸显：如在矿山开采、土石方爆破开挖、建（构）筑物拆除爆破等领域得到广泛应用。随着爆破的广泛使用和爆破技术的深入发展，爆破工程的环境也日益复杂，经常需要在居民区或重要建（构）筑物附近进行爆破。为了确保居民的人身安全和重要建（构）筑物不被损坏，施工时需要加强对爆破工程产生的负面效应的研究和控制，比如爆破震动危害。

爆破震动作为爆破施工的四大公害之首，可能对爆破工程附近的重要设施、建(构)筑物产生严重的危害和造成重大的经济损失，因此如何控制爆破震动是爆破作业时必须考虑的问题。针对爆破地震波的特点和传播规律，工程界采用多种方法来控制和降低爆破引起的震动，开设爆破减震缝作为一种有效的方法，在控制爆破震动上被广泛采用。

减震缝的主要作用是隔阻和干扰爆破地震波的传播，当爆破地震波通过减震缝时使其发生反射和绕射，从而加快爆破地震波的衰减，达到保护重要目标的作用。减震缝对爆破地震波传播的影响，涉及到爆炸力学、岩土力学、波动理论等学科，要想完全从理论上进行分析得到定量的答案是非常困难的。目前，工程爆破界对爆破减震缝的开设尺度是根据对以往的工程试验数据的定性结论或基本经验，这在一定条件下对工程具有参考价值，但不免存在诸多的局限性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可以有效减小地震波影响的开设爆破减震缝的方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明首先进行下列研究：一是以弹性应力波理论为基础，研究爆破地震波和减震缝的相互作用机理和传播规律；二是运用ANSYS/LS-DYNA软件，建立三维减震缝模型，研究爆破地震波在不同条件小的传播规律；三是在数值模拟的基础上结合工程实际情况，运用MATLAB和EXCEL对所得数据进行回归，最终得到减震缝减震率的工程运用公式为：

η=ωe^{(-βhl/h′l′)}，

式中，h′为减震缝深度，l′为减震缝长度，l为炸药长度，h为装药埋深。

下面对重要步骤进行阐述：

不同长度减震缝对爆破震动的影响：

为了对比不同长度减震缝对爆破震动影响，分别构建了多个长度的减震缝模型。通过数值分析可得到，不同长度减震缝对爆破震动加速度峰值产生了明显影响。减震缝长度越长，相应地增加了减震缝的隔震作用，同时在减震缝右侧的屏蔽区也相应变宽，因此相应的加速度值也就越小。但是随着距离的增加，这种影响作用减弱，在50m后加速度峰值相互非常接近。

不同深度减震缝对爆破震动的影响：

为了对比不同减震缝对爆破震动的影响，分别构建了多个深度的减震缝的模型。通过数值分析可得到，不同深度减震缝对爆破震动加速度产生了明显影响。减震缝越深，其隔震效果越好。但是随着距离的增加，这种影响作用减弱，在50m后加速度峰值相互非常接近。

不同宽度减震缝对爆破震动的影响：

为了对比不同宽度减震缝对爆破震动减震缝的影响，分别构建了多个宽度了模型。通过数值分析可得到，不同宽度减震缝对爆破震动加速度产生了的影响不一致。当减震缝宽度小于1.5cm时，减震缝随着宽度的增加，隔震效果越好；当减震缝宽度大于等于1.5cm后，减震缝随着宽度的增加，隔震效果变换不明显。因此在工程实践中，减震缝的开设不用太宽，一般只要大于1.5cm即可。

减震缝内不同填充介质对减震缝的影响：

为了对比减震缝中不同填充介质对爆破震动的影响，分别构建了填充介质为空气、水和土壤的模型。通过数值分析可得到，不同填充介质对爆破地震波的影响不一致。当减震缝中填充水和土壤时，减震缝对爆破地震波的减震效果比填充空气时要差。因此在工程实践中，在爆破前应将减震缝清空。

根据以上的数值模拟和分析，通过MATLAB和EXCEL数据回归，最终得到计算减震缝减震率的工程运用公式：

η=ωe^{(-βhl/h′l′)}

其中，η为爆破振动减震缝减震率；h为装药埋深，h′为减震缝深度；l为装药长度，l′为减震缝长度；ω、β为待定系数。一般情况下，ω<1，β≥1。

为提高爆破减震缝减震率，爆破减震缝宽度开设宽度大于1cm，爆破减震缝中介质为空气。

基于上述内容，本发明提供一种开设爆破减震缝的方法，该方法包括以下步骤：

（1）开设至少两道预设减震缝，减震缝深度h′=h′₀（h′₀>1m），减震缝长度l′=l′₀（l′₀>5m）；在预设减震缝一侧作为爆源进行至少两次试爆破，在减震缝另一侧设定测点，记录各次爆破的药量Q、爆源到测点的距离R、炸药长度l₀和装药埋深h₀相对应的数值；

（2）根据萨道夫斯基公式计算理论速度v₁，理论速度（式中，k、α为该环境下的常数，该环境是指步骤（1）中所处的环境，即同样的爆破场地以及采用相同的爆破方式）；通过测试仪器测出实际速度v₂；其中，K是指与爆破介质、爆破方式等因素相关的系数；α是指与传播途径、地形、地质等因素相关的衰减指数。在同一爆区并采用相同的爆破方式经过大量爆破振动监测后，对振动幅值采用科学的回归方法后可以得到该环境中的K和α两个参数值。不同的爆破环境，两参数值将不同。

（3）求出试爆破的减震率η，

（4）将步骤（1）中记录的数值带入以下公式

η=ωe^{(-βhl/h′l′)}      （1）

式中，h′为减震缝深度，l′为减震缝长度、l为炸药长度，h为装药埋深，

得到待定系数ω=ω₀和β=β₀；此步骤中，也可进行多次爆破后，采用最小二乘方法拟合出待定系数ω、β。

确定工程爆破现场的减震缝的减震率公式为：

$\mathrm{\&eta;}={\mathrm{\&omega;}}_0{e}^{(-{\mathrm{\&beta;}}_0\mathrm{hl}/h\&prime;l\&prime;)}---\left(2\right)$

式中，h′为减震缝深度，l′为减震缝长度、l为炸药长度，h为装药埋深；

（5）在工程爆破现场，以步骤（4）中的公式（2）作为指导，通过限定即将开设的减震缝的减震缝深度h′、减震缝长度l′、炸药长度l和装药埋深h四个参数中任意三个参数的值，在减震率η达到爆破需求的前提下，来确定另外一个参数的值，从而开设出符合要求的减震缝。

此外，公式（1）和公式（2）也适用于对减震沟减震率的预测，以及对预裂爆破预裂缝减震率的预测。

有益效果：本发明的一种开设爆破减震缝的方法，步骤简单，操作容易，安全性高，在该方法中采用的经验公式简单、易计算，操作性强，通过本发明的方法开设出来的爆破减震缝可以有效减小地震波影响，能够有效隔阻和干扰爆破地震波的传播，当爆破地震波通过减震缝时使其发生反射和绕射，从而加快爆破地震波的衰减，达到保护重要目标的作用。此外，本发明的一种开设爆破减震缝的方法，科学强，综合考虑各种因素，优化减震缝的开设参数，可以避免人力和物力的浪费，大大降低工程爆破的成本，有利于推广应用。

附图说明

图1为减震缝所在场地剖视图；

图2为图1的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本实施例中，某核电站二期建设前期要需进行场地爆破负挖工程，为保护已建核电站安全运行，需要在其附近开设一道减震缝。

如图1和图2所示，本发明的一种开设爆破减震缝的方法包括以下步骤：

（1）预设减震缝1，减震缝1深度h′=6m，减震缝1长度为l′=15m，在减震缝1一侧作为爆源2进行第一次试爆破；然后改变减震缝1的深度和长度：减震缝1深度h′=8m，减震缝1长度为l′=12m，进行第二次试爆破；在减震缝1另一侧设定测点3，记录各次爆破的药量Q、爆源2到测点3的距离R、炸药长度l和装药埋深h相对应的数值，如表1和表3所示；

（2）根据萨道夫斯基公式计算理论速度v₁，理论速度

（该环境下，k=137.5，α=2.01）；通过测试仪器测出实际速度v₂，如表1所示：

表1

（3）求出试爆破的减震率η，

如表2所示：

表2

（4）将步骤（1）和（2）中记录的数值如表3所示，带入以下公式

η=ωe^{(-βhl/h′l′)}      （1）

得到待定系数ω≈0.95和β≈4，如表3所示：

表3

确定工程爆破现场的减震缝的减震率公式为：

η=0.95e^{(-4hl/h′l′)}      （2）

（5）在工程爆破现场，以步骤（4）中的公式（2）作为指导，通过限定即将开设的减震缝的减震缝深度h′、减震缝长度l′、炸药长度l和装药埋深h四个参数中任意三个参数的值，在减震率η达到爆破需求的前提下，来确定另外一个参数的值，从而开设出符合要求的减震缝。

例如，限定炸药埋深h=2m，装药长度l=3m,减震缝深h′=6m,计算任意改变减震缝长度l′减震率η对应的数值，如表4所示：

表4

在施工现场，根据要求减震率达到的数值，来确定减震缝需要开设的长度：例如，当要求减震率达到81%的时候，需要开设减震缝长度为30m；当需要减震率达到68%的时候，需要开设减震缝长度为15m。通过查表，可以在确保满足减震率达到要求的前提下，开设的减震缝长度最小，能够大大节约人力和物力。

又比如，限定炸药埋深h=2m，装药长度l=3m，减震缝长度l′=15m，计算任意改变减震缝深度h′后减震率数值，如表5所示：

表5

在施工现场，根据要求减震率达到的数值，来确定减震缝需要开设的深度：例如，当要求减震率达到88%的时候，需要开设减震缝深度为40m；当需要减震率达到78%的时候，需要开设减震缝深度为14m。通过查表，可以在确保满足减震率达到要求的前提下，开设的减震缝深度最小，能够大大节约人力和物力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种开设爆破减震缝的方法，其特征在于包括以下步骤： 

（1）预设减震缝（1），减震缝（1）深度h′=h′₀，h′₀>1m，减震缝（1）长度l′=l′₀，l′₀>5m；在预设减震缝（1）一侧作为爆源（2）进行至少二次试爆破，在减震缝（1）另一侧设定测点（3），记录各次爆破的药量Q、爆源（2）到测点（3）的距离R、炸药长度l₀和装药埋深h₀相对应的数值； 

（2）根据萨道夫斯基公式计算理论速度v₁，理论速度

式中：k、α为该环境下的常数，该环境是指步骤（1）中所处的环境，即同样的爆破场地以及采用相同的爆破方式；通过测试仪器测出实际速度v₂； 

（3）求出试爆破的减震率η，

（4）将步骤（1）中记录的数值带入以下公式 

η=ωe^{(-βhl/h′l′)}        （1） 

式中，h′为减震缝深度，l′为减震缝长度、l为炸药长度，h为装药埋深，得到待定系数ω=ω₀和β=β₀； 

确定工程爆破现场的减震缝的减震率公式为： 

式中，h′为减震缝深度，l′为减震缝长度、l为炸药长度，h为装药埋深； 

（5）在工程爆破现场，以步骤（4）中的公式（2）作为指导，通过限定即将开设的减震缝的减震缝深度h′、减震缝长度l′、炸药长度l和装药埋深h四个参数中任意三个参数的值，在减震率η达到爆破需求的前提下，来确定另外一个参数的值，从而开设出符合要求的减震缝。 

Images