CN105352590A - 一种小药量爆破振动地质因素实测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小药量爆破振动地质因素实测方法，包括步骤：测点选择与布置；传感器具体布设；爆前打开测振仪；安全警戒，人员撤离，并向指挥长汇报；起爆，测振仪触发记录；爆破后收取仪器，汇报安全情；S7,读取数据，分析与处理。本发明的爆破振动地质因素实测方法，测试数据V、R、Q值进行线性回归，计算得出k、α值。这样能准确地反映真实情况，进行实时分析和有效的评估。既减少了对建筑物及保护对象的危害，又提高了爆破振动的功效。实现准确、快捷、高效的效果。
Description
技术领域
本发明涉及沙苑子属于工程爆破振动测试技术领域，具体涉及一种小药量爆破振动地质因素（k、α值）实测方法。
背景技术
目前确定爆破振动强弱的指标主要有振动速度和主振频率两个参数。《爆破安全规程》（GB6722-2014）规定了各类保护物的允许质点振动速度。不同爆破环境下，应根据具体要求确定具体的爆破振动安全距离。质点振动速度测试方法直接影响测试结果的真实性。特别是k、α值要在具体的工程条件下确定，因此使用小药量爆破，通过定点监测取得振速数据,回归分析来确定K、α值。
工程爆破振动测试研究的主要内容：
爆破振动测试，一般有以下两种类型：一类是对爆破可能引起损伤的重点保护对象在爆破施工作业中进行全过程监测，监测数据是评价保护对象安全状况的重要依据。对这样的监测项目，应在每次爆破后及时提交监测报告，用以评估保护对象的安全状况和指导爆破施工；另一类是针对重大爆破工程在现场条件下进行小型爆破试验所安排的监测项目，用取得的监测数据指导选择爆破参数和优化爆破设计，也是对爆破设计进行安全评估的重要依据。
工程爆破振动对建（构）筑物的危害：
工程爆破振动对建（构）筑物的危害主要是爆破振动引起建筑物在水平和竖直方向的振动，而一旦爆破振动频率等于或接近建（构）筑物固有频率时，将会引起严重后果。从一般的首破振动弹性结构中位移响应的放大系数来看，
式中，MF为振动位移的放大系数；f为外加干扰力的频率；fn为结构的固有频率。放大系数是随比值f/fn而变化的，比值相差越远，MF就越小；越接近，MF就越大，也就是说，当爆破产生的振动主频率与建筑物的固有频率越接近时，对建筑物的危害越大，反之，则危害小。
爆破振动地质因素K、α值的推算：
目前，我国爆破工程界对于爆破振动速度的计算，在理论的推导上，由于爆破振动速度的大小与炸药量、距离、地形、爆破方法等有关，推导出的公式较多，目前使用较多的是由相似理论，量纲分析的结果给出按药量立方根比例推算的方法决定函数关系（萨道夫斯基提出的经验公式）。
式中：V为爆破振动速度（cm/s）。k为岩石介质、地质条件的系数。Α为衰减系数。
Q为单段最大药量(Kg)。R为测点与爆心的距离（m）。
由于工程爆破的地质条件瑶瑶结构等条件千变万化，式中的参数经常变化，通常使用小药量试爆，测试数据V、R、Q值进行线性回归，计算出a、b的数值。即将上式两边取对数得：
令y=lnVa=lnKb=αx=ln(Q1/3/R)
即：y=a+bx
求出k与α值，然后根据设计的Q、R值计算出V值。同时应使V值小于《爆破安全规程》（GB6722-2014）规定的安全振速范围值。
萨道夫斯基经验公式的重要性、复杂性、不准确性：
通常，国内习惯上采用速度的3个分量中最大的一个作为破坏判据，故准确的预测出个方向最大振动速度尤为重要。常用的做法是：根据爆破经验或爆破试验过程中测得的实际数据，一萨道夫斯基经验公式为基本形式，采用最小二乘法进行拟合求得相应的爆破振动参数的衰减方程。
在爆破地震波衰减规律分析中，经常需要将相同地形、地质条件和爆破参数条件下测得的爆破振动数据用最小二乘法进行回归分析，求得K、α值。爆破振动衰减规律的回归计算一般需要至少6个点的数据，所得数据必须符合正态分布规律。
采用萨道夫斯基经验公式对质点振动速度进行预测，在实际应用中取得了一定的效果，但预测值与现场实测值往往存在较大误差，一个重要的原因是K、α的取值存在主观随意性，在实际应用中，Q、R值易于准确判定，而K、α值受较多因素的影响，其取值相对难以准确的符合实际情况，从而，导致计算中爆破振动速度的预测误差。再者，从爆破理论可知，爆破地震波从离爆源进区向远区传播，经历着非弹性介质状态、非线性弹性形变及弹性形变几个区域，其衰减指数也是不同的。一般，在离爆源近区高，α值接近于3，而在传播过程中，逐步衰减为接近1。因此，在应用萨道夫斯基经验计算公式时，如不考虑公式的适用范围，计算结果用于安全评估，显然是不可靠的。
发明内容
本发明的目的是，在爆破振动测试技术领域中，采用小药量试爆，根据试验测定的爆破质点振动速度值来反推地质因素k、α值。在一定程度上能反映真实情况，进行有效准确的评估。同时减少对保护对象的危害。
本发明采用的技术方案是：一种小药量爆破振动地质因素实测方法，包括以下步骤:
S1,测点选择与布置；
S2,传感器具体布设；
S3,爆前打开测振仪；
S4,安全警戒，人员撤离，并向指挥长汇报；
S5,起爆，测振仪触发记录；
S6,爆破后收取仪器，汇报安全情；
S7,读取数据，分析与处理：
针对经验公式
式中：V为爆破振动速度（cm/s），k为岩石介质、地质条件的系数，Α为衰减系数，
Q为单段最大药量(Kg)，R为测点与爆心的距离（m），
使用小药量试爆，测试数据V、R、Q值进行线性回归，计算出a、b的数值；
即将上式两边取对数得：
令y=lnVa=lnKb=αx=ln(Q1/3/R)
即：y=a+bx
求出k与α值，然后根据设计的Q、R值计算出V值；
应用最小二乘法，求出函数中有关参数的估计值。
进一步地，所述实测方法应用最小二乘法，求出函数中有关参数的估计值的具体步骤为：
设实测值为n组数据，(x1,y1),…,(xn,yn)，利用回归方程式(1)求a，b值，可得很多组a，b，最小二乘法就是找出一组，为最合适值，使为最小值；
得到：
（i=1,2,3,…,n）式(3)
式(3)为误差方程，设Q为误差平方和：
（i=1,2,3,…,n）式(4)
这样，yi=+xi
因为xi与yi是实测值，所以Q只是a，b的函数；最小二乘法就是要找出合适的，，在a=，b=时，Q值达到最小，即误差项εi的平方和达到最小，这样yi=+xi与实际值的拟合达到最佳状况；
从数学上，因为Q是a，b的函数，故可以用求极值的方法找出，，这里用回归分析的方法来处理，设与是下列方程组的解：
式(5)
由Q的定义知：
由(3)式知，交叉项必为零，故
上式对一切a，b均成立；这就证明满足式(5)的，值可以使Q（a，b）达到最小；
将式(5)整理后即得
由第一式除n，可得，再代入第二式得：
式(6)
这样，我们就可以求出所需要的，值；
在式(1)中，a称为回归常数，b称为回归系数，而，则是这两个参数的估计值（最小二乘法估计值），我们把+x所估计的y记做，于是有：
=+x式(7)
这就是根据实测数据(x1,y1),…,(xn,yn)求得的回归方程；
为了计算方便，我们设：
则有：；；
其中：；
.经过变换可以得出一般求a、b的公式：
。
更进一步地，所述测点选择与布置具体为：
沿爆源中心的径向将测点布置在一条直线上；
测点数量一般不能少于6个；
测点应在同一高程上或同一基岩上，每一测点最好能同时测试三个相互垂直方向的量；
沿径向方向，相邻两测点之间的比例距离R/Q1/3的对数值之差最好为常数。
更进一步地，所述传感器具体布设具体为：
安装前，应根据测点布置情况对测点及其传感器进行统一编号，约定传感器的X方向为水平径向，Y方向为水平切向；Z方向为垂直向；
岩石介质上的传感器安装应对表面进行清理、清洗；速度传感器与被测目标的表面形成刚性连接；加速度传感器与介质连接时，所用螺栓应与检定时一致，不得出现松动与滑动现象；
土层介质上的传感器安装应使传感器与介质紧密连接；砂土质介质或基础上的传感器安装，应将传感器上的长螺钉全部插入被测介质内，使传感器与介质紧密连接；或将表面夯实，辅以砂或碎石并修筑混凝土台，然后将传感器固定于台面；
在传感器安装过程中，应严格控制每一测点不同方向的传感器安装角度，误差不大于5°；
内部测点传感器的充填材料的声阻抗与被测介质一致。
本发明的优点：
本发明的爆破振动地质因素实测方法，测试数据V、R、Q值进行线性回归，计算得出k、α值。这样能准确地反映真实情况，进行实时分析和有效的评估。既减少了对建筑物及保护对象的危害，又提高了爆破振动的功效。实现准确、快捷、高效的效果。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种小药量爆破振动地质因素实测方法，包括以下步骤:
S1,测点选择与布置；
S2,传感器具体布设；
S3,爆前打开测振仪；
S4,安全警戒，人员撤离，并向指挥长汇报；
S5,起爆，测振仪触发记录；
S6,爆破后收取仪器，汇报安全情；
S7,读取数据，分析与处理：
针对经验公式
式中：V为爆破振动速度（cm/s），k为岩石介质、地质条件的系数，Α为衰减系数，
Q为单段最大药量(Kg)，R为测点与爆心的距离（m），
使用小药量试爆，测试数据V、R、Q值进行线性回归，计算出a、b的数值；
即将上式两边取对数得：
令y=lnVa=lnKb=αx=ln(Q1/3/R)
即：y=a+bx
求出k与α值，然后根据设计的Q、R值计算出V值；
应用最小二乘法，求出函数中有关参数的估计值。
进一步地，所述实测方法应用最小二乘法，求出函数中有关参数的估计值的具体步骤为：
设实测值为n组数据，(x1,y1),…,(xn,yn)，利用回归方程式(1)求a，b值，可得很多组a，b，最小二乘法就是找出一组，为最合适值，使为最小值；
得到：
（i=1,2,3,…,n）式(3)
式(3)为误差方程，设Q为误差平方和：
（i=1,2,3,…,n）式(4)
这样，yi=+xi
因为xi与yi是实测值，所以Q只是a，b的函数；最小二乘法就是要找出合适的，，在a=，b=时，Q值达到最小，即误差项εi的平方和达到最小，这样yi=+xi与实际值的拟合达到最佳状况；
从数学上，因为Q是a，b的函数，故可以用求极值的方法找出，，这里用回归分析的方法来处理，设与是下列方程组的解：
式(5)
由Q的定义知：
由(3)式知，交叉项必为零，故
上式对一切a，b均成立；这就证明满足式(5)的，值可以使Q（a，b）达到最小；
将式(5)整理后即得
由第一式除n，可得，再代入第二式得：
式(6)
这样，我们就可以求出所需要的，值；
在式(1)中，a称为回归常数，b称为回归系数，而，则是这两个参数的估计值（最小二乘法估计值），我们把+x所估计的y记做，于是有：
=+x式(7)
这就是根据实测数据(x1,y1),…,(xn,yn)求得的回归方程；
为了计算方便，我们设：
则有：；；
其中：；
.经过变换可以得出一般求a、b的公式：
。
所述测点选择与布置具体为：
沿爆源中心的径向将测点布置在一条直线上；
测点数量一般不能少于6个；
测点应在同一高程上或同一基岩上，每一测点最好能同时测试三个相互垂直方向的量；
沿径向方向，相邻两测点之间的比例距离R/Q1/3的对数值之差最好为常数。
所述传感器具体布设具体为：
安装前，应根据测点布置情况对测点及其传感器进行统一编号，约定传感器的X方向为水平径向，Y方向为水平切向；Z方向为垂直向；
岩石介质上的传感器安装应对表面进行清理、清洗；速度传感器与被测目标的表面形成刚性连接；加速度传感器与介质连接时，所用螺栓应与检定时一致，不得出现松动与滑动现象；
土层介质上的传感器安装应使传感器与介质紧密连接；砂土质介质或基础上的传感器安装，应将传感器上的长螺钉全部插入被测介质内，使传感器与介质紧密连接；或将表面夯实，辅以砂或碎石并修筑混凝土台，然后将传感器固定于台面；
在传感器安装过程中，应严格控制每一测点不同方向的传感器安装角度，误差不大于5°；
内部测点传感器的充填材料的声阻抗与被测介质一致。
小药量爆破振动地质因素k、α值测试实例：
由于公式中的k、α值与场地地质，地形条件等因素有关，不同的地质、地形条件具有不同的k、α值，因此必须采用小药量试爆实地测试k、α值。下表给出了某次爆破振动测试筛选后获得的一组数据。该数据均符合正态分布规律。此次爆破用炸药量Q为30公斤，。各测点距爆源的距离（R）已经确定，根据实测获得的爆破振动速度（V），用最小二乘法进行回归计算，求k、α值：
| 测点序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 距爆源距离R（m） | 40 | 50 | 60 | 70 | 800 | 100 | 125 | 150 |
| 振动速度V（cm/s） | 2.46 | 1.69 | 1.24 | 0.96 | 0.77 | 0.53 | 0.36 | 0.27 |
令p=Q1/3/R,则v=kpα(式9)
将式9取对数后则有：lgVI=lgK+αlgp（式10）
式中：VI—观测点Ri处的振动速度值，cm/s；
令：lgVI=yilgpi=xilgK=aα=b；
则，式9变换为：yi=a+bxi（式11）
根据表中的8对数据（VI，Ri）可以计算出相应的8对数据（VI，pi），即8对数据（xi，yi）。
将8对数据（VI，pi）代入式（8），可以算出b=1.678，a=2.255，从而算出K=181。则，所求的萨道夫斯基公式为：
V=181(Q1/3/R)1.678
为保证测试人员和仪器的安全，在测试过程中应按以下步骤完成振动测试。首先，与爆破作业单位确认爆破实施的大致时间，爆破前1小时必须由取得《工程爆破振动测试上岗证》的专业人员安装好测振仪，在实施警戒前，将所有的仪器全部调试好，根据电池容量确定提前打开测振仪的时间，确保电池足够维持现场记录。爆破时测试人员撤到安全区域并与爆破指挥部取得联系。起爆后一定时间（一般5～15分钟）经现场安全警戒人员同意后，进入现场读取记录的基本数据，同时收取测试仪器。最后，通过计算机读取爆破振动记录仪中的波形（数据），进行数据分析与处理。填写完整的爆破振动记录表。
本发明的爆破振动地质因素实测方法，测试数据V、R、Q值进行线性回归，计算得出k、α值。这样能准确地反映真实情况，进行实时分析和有效的评估。既减少了对建筑物及保护对象的危害，又提高了爆破振动的功效。实现准确、快捷、高效的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种小药量爆破振动地质因素实测方法，其特征在于，包括以下步骤:
S1,测点选择与布置；
S2,传感器具体布设；
S3,爆前打开测振仪；
S4,安全警戒，人员撤离，并向指挥长汇报；
S5,起爆，测振仪触发记录；
S6,爆破后收取仪器，汇报安全情；
S7,读取数据，分析与处理：针对经验公式式中：V为爆破振动速度（cm/s），k为岩石介质、地质条件的系数，Α为衰减系数，Q为单段最大药量(Kg)，R为测点与爆心的距离（m），使用小药量试爆，测试数据V、R、Q值进行线性回归，计算出a、b的数值；
即将上式两边取对数得：
令y=lnVa=lnKb=αx=ln(Q1/3/R)
即：y=a+bx
求出k与α值，然后根据设计的Q、R值计算出V值；
应用最小二乘法，求出函数中有关参数的估计值。
2.根据权利要求1所述的小药量爆破振动地质因素实测方法，其特征在于，所述实测方法应用最小二乘法，求出函数中有关参数的估计值的具体步骤为：设实测值为n组数据，(x1,y1),…,(xn,yn)，利用回归方程式(1)求a，b值，可得很多组a，b，最小二乘法就是找出一组，为最合适值，使为最小值；
得到：（i=1,2,3,…,n）式(3)
式(3)为误差方程，设Q为误差平方和：
（i=1,2,3,…,n）式(4)
这样，yi=+xi
因为xi与yi是实测值，所以Q只是a，b的函数；最小二乘法就是要找出合适的，，在a=，b=时，Q值达到最小，即误差项εi的平方和达到最小，这样yi=+xi与实际值的拟合达到最佳状况；
从数学上，因为Q是a，b的函数，故可以用求极值的方法找出，，这里用回归分析的方法来处理，设与是下列方程组的解：
式(5)
由Q的定义知：
由(3)式知，交叉项必为零，故
上式对一切a，b均成立；这就证明满足式(5)的，值可以使Q（a，b）达到最小；
将式(5)整理后即得
由第一式除n，可得，再代入第二式得：
式(6)
这样，我们就可以求出所需要的，值；在式(1)中，a称为回归常数，b称为回归系数，而，则是这两个参数的估计值（最小二乘法估计值），我们把+x所估计的y记做，于是有：
=+x式(7)
这就是根据实测数据(x1,y1),…,(xn,yn)求得的回归方程；
为了计算方便，我们设：
则有：；；
其中：；
.经过变换可以得出一般求a、b的公式：
。
3.根据权利要求1所述的小药量爆破振动地质因素实测方法，其特征在于，所述测点选择与布置具体为：沿爆源中心的径向将测点布置在一条直线上；测点数量一般不能少于6个；
测点应在同一高程上或同一基岩上，每一测点最好能同时测试三个相互垂直方向的量；
沿径向方向，相邻两测点之间的比例距离R/Q1/3的对数值之差最好为常数。
4.根据权利要求1所述的小药量爆破振动地质因素实测方法，其特征在于，所述传感器具体布设具体为：安装前，应根据测点布置情况对测点及其传感器进行统一编号，约定传感器的X方向为水平径向，Y方向为水平切向；Z方向为垂直向；岩石介质上的传感器安装应对表面进行清理、清洗；速度传感器与被测目标的表面形成刚性连接；加速度传感器与介质连接时，所用螺栓应与检定时一致，不得出现松动与滑动现象；土层介质上的传感器安装应使传感器与介质紧密连接；砂土质介质或基础上的传感器安装，应将传感器上的长螺钉全部插入被测介质内，使传感器与介质紧密连接；或将表面夯实，辅以砂或碎石并修筑混凝土台，然后将传感器固定于台面；在传感器安装过程中，应严格控制每一测点不同方向的传感器安装角度，误差不大于5°；内部测点传感器的充填材料的声阻抗与被测介质一致。
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| CN201510817204.9A CN105352590A (zh) | 2015-11-23 | 2015-11-23 | 一种小药量爆破振动地质因素实测方法 |
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| CN201510817204.9A CN105352590A (zh) | 2015-11-23 | 2015-11-23 | 一种小药量爆破振动地质因素实测方法 |
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| CN201510817204.9A Pending CN105352590A (zh) | 2015-11-23 | 2015-11-23 | 一种小药量爆破振动地质因素实测方法 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |