CN103925990A - 一种爆破振动精细化时程预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爆破振动精细化时程预测方法。它是在现有岩石爆炸动力学的试验研究和理论研究成果基础上，考虑将地表振动波传播按几何衰减与粘弹性衰减分解。粘弹性衰减采用定常品质因子理论。几何衰减采用爆炸几何相似原理给出的萨道夫斯基公式，由此构造爆破地震波传播的振动时程波形函数模型。本发明方法的预测模型综合反映了爆破地震波传播的幅值衰减、频谱构成与振动持续时间；给出了爆破振动时程波形；能实现对爆破振动效应的精细化控制；利于事先对爆破设计进行爆破振动效应安全评估，优化爆破参数；可以进一步确定微差爆破的合理微差时间，实现振动特性控制。

Description

一种爆破振动精细化时程预测方法

技术领域

本发明涉及爆破振动安全领域，特别是一种爆破振动精细化时程预测方法。

背景技术

以往习惯用单一质点峰值振动参数来进行爆破振动的预测和控制、而不能提供爆破振动场的频谱构成及爆破振动历程等参数，这种仅根据幅值等几个主要参数来决定爆破振动危害已越来越不能满足工程的需要。通过对爆破振动时程的预测来有效认识爆破振动对建筑物、人员的危害性是近年来爆破振动预测研究发展上的新方法。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种能实现较为全面的、精细化的质点振动过程预测，可以精确了解、预测与控制振动幅值、振动主频和持续时间以及频谱构成、能量分布的爆破振动精细化时程预测方法。

本发明采用如下技术方案：

一种爆破振动精细化时程预测方法，其特征在于：

1)首先，认定爆炸应力波具有谐波特性，设定爆炸应力波初始波形函数：

s₁(t)＝sin(2πft)

其中Q是齐爆药量，R为爆心距，t为时间参量，k、α为与爆破条件、岩石特性有关的系数；

2)其次，用岩石介质品质代表介质的粘弹性衰减，衰减公式为：

s₂(t)＝Ae^-βt

其中，A为幅值，β为介质品质因子；

5)再次，用萨道夫斯基公式代表几何衰减，衰减公式为：

$k{(\sqrt[3]{Q}/R)}^{\mathrm{\α}},$

其中，Q是齐爆药量，R为爆心距，k、α为与爆破条件、岩石特性有关的系数；

6)构建单孔爆破地震波响应波形函数：即为反应振动波传播的幅值衰减、频谱构成与振动持续时间的爆破振动时程波形预测模型。

优选的，所述k、a取值范围如下：坚硬岩石：k＝50～150，α＝1.3～1.5；中硬岩石：k＝150～250，α＝1.5～1.8；软岩石：k＝150～250，α＝1.8～2.0。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明方法的预测模型综合反映了爆破地震波传播的幅值衰减、频谱构成与振动持续时间；给出了爆破振动时程波形；能实现对爆破振动效应的精细化控制；利于事先对爆破设计进行爆破振动效应安全评估，优化爆破参数；可以进一步确定微差爆破的合理微差时间，实现振动特性控制。

附图说明

图1为采用本发明方法预测单段信号时程曲线图；

图2为图1的频谱图；

图3为实测单段信号时程曲线图；

图4为图3的频谱图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

本发明提出一种爆破振动幅值、振动主频和持续时间以及频谱构成、能量分布的精细化质点振动过程预测模型，具体技术方案如下：

1)结合爆炸动力学和实验测试结果，认定爆炸应力波具有谐波特性，设定爆炸应力波初始波形函数：

s₁(t)＝sin(2πft)

其中Q是齐爆药量，R为爆心距，t为时间参量，k、α为与爆破条件、岩石特性有关的系数，k、a取值范围如下：坚硬岩石：k＝50～150，α＝1.3～1.5；中硬岩石：k＝150～250，α＝1.5～1.8；软岩石：k＝150～250，α＝1.8～2.0。

2)认定中远场振动波的能量衰减是一个常数，采用定常品质因子理论代表介质的粘弹性衰减；衰减公式为：

s₂(t)＝Ae^-βt

其中，A为幅值，β为介质品质因子。

3)采用爆炸的几何相似原理作为爆破振动波传播几何的衰减依据，采用萨道夫斯基公式代表几何衰减即为A的表达式，衰减公式为：其中，Q是齐爆药量，R为爆心距，k、α为与爆破条件、岩石特性有关的系数，k、a取值范围如下：坚硬岩石：k＝50～150，α＝1.3～1.5；中硬岩石：k＝150～250，α＝1.5～1.8；软岩石：k＝150～250，α＝1.8～2.0。

4)构建单孔爆破地震波响应波形函数：得到地表质点的振动响应场，即为反应振动波传播的幅值衰减、频谱构成与振动持续时间的爆破振动时程波形预测模型，可用于分析振动幅值和频谱分布特征。

实际应用中，在多段微差爆破情况下，采用本发明的响应方法确定合理微差爆破时间，从而实现爆破振动特性的控制。图1、图2分别为某爆破工程爆破地震波预测波形及其频谱图，图3、4图为实测波形图及其频谱图。可以看出，预测波形与实测波形及其特征基本相同，满足实用要求。

本发明提供爆破振动场的频谱构成及爆破振动历程等参数，较为全面的、精细化的质点振动过程预测，可以精确了解、预测与控制振动幅值、振动主频和持续时间以及频谱构成、能量分布，进而根据不同的受保护结构特性优化爆破设计，实现爆破振动主动控制，有效地保证了爆区周围设施和人员的安全和生产的正常进行。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (2)

1.一种爆破振动精细化时程预测方法，其特征在于：

1)首先，认定爆炸应力波具有谐波特性，设定爆炸应力波初始波形函数：

s₁(t)＝sin(2πft)

其中Q是齐爆药量，R为爆心距，t为时间参量，k、α为与爆破条件、岩石特性有关的系数；

2)其次，用岩石介质品质代表介质的粘弹性衰减，衰减公式为：

s₂(t)＝Ae^-βt

其中，A为幅值，β为介质品质因子；

3)再次，用萨道夫斯基公式代表几何衰减，衰减公式为：其中，Q是齐爆药量，R为爆心距，k、α为与爆破条件、岩石特性有关的系数；

4)构建单孔爆破地震波响应波形函数：即为反应振动波传播的幅值衰减、频谱构成与振动持续时间的爆破振动时程波形预测模型。

2.如权利要求1所述的一种爆破振动精细化时程预测方法，其特征在于：

所述k、a取值范围如下：坚硬岩石：k＝50～150，α＝1.3～1.5；中硬岩石：k＝150～250，α＝1.5～1.8；软岩石：k＝150～250，α＝1.8～2.0。