边坡爆破振动高程效应分析_谭文辉
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Abstract: Sodev’s empirical formula is often used to determine the vibration velocity of blasting, in which coefficients of K and α are often defined by engineering analogism, so the error is large. Several modified equations are proposed by some researchers for lack of altitude effect in the Sodev’s formula, but the modified equations are complex and unfit for practical engineering. In addition, K and α are coefficients associated with the situations of site and geology, including altitude effect. Therefore, the modification is unnecessary. Based on this idea, the rules between K, α and altitude are studied by measurement in site and regression analysis of K, α at different altitudes. The results show that the altitude effects of K and α are different for different lithologic characters, so the rational vibration velocity can be got by a simple way, that is, the values of K, α should be defined by the rules between K, α and altitude firstly, then, the Sodev’s formula is used to gain the vibration velocity. Key words: seismic effect of blasting; vibration velocity; altitude effect; difference in elevation
图 1 现场测试测点平面布置图
Fig. 1 Layout of measuring points for field tests
水厂铁矿是一座大型变质岩型磁铁矿床，岩性及 构造条件十分复杂。根据地质调查分析，该矿采场岩 组有11类，但以花岗岩组、磁铁矿岩组分布最广。
为了研究测点与爆源高差对 K，α 值的影响，主 要测量了测点与爆源处于不同高差时质点的振速和频 率。爆破振动监测代表性地质地形条件如图 2～4 所 示。
垂直方向有效数据66组，部分爆破振动观测结果见表
1。测振数据中磁铁矿岩和花岗岩的数据较多，因此选
择磁铁矿岩和花岗岩作为爆破振动高程效应研究的对
象。
2 爆破高程效应分析
2.1 不同高差时，矿石和花岗岩 K，α 值的回归分析 为了研究高程对 K，α 值的影响，本文分别对不
同高差下，花岗岩和矿石的监测数据进行了回归分析， 图 5 是不同高差时，花岗岩爆破振动监测结果回归分 析的部分结果，图中相关系数均大于 0.8，相关性较好， 因此分析结果可取。整理得出不同高差下，花岗岩和 矿石的 K，α 值见表 2。
待于进一步研究。基于这一思想，通过现场实测来探寻高差变化对 K，α值影响的基本规律，对不同高差时的 K，α值 进行了回归分析，结果表明，不同岩性时，K，α值随高差的变化是不同的。因此，在实际工程中，根据高程与 K，α 值的关系先确定 K，α值，然后再应用萨道夫斯基经验公式，即可对爆破振动速度进行较为准确的预测。 关键词：爆破振动效应；振速；高程效应；高差
一个主要参数，其影响因素主要包括药量、埋深、爆
破方式等爆源因素，以及爆心距、传播途径、岩土条
件等传播途径因素。在预测爆破振动效应时，全面和
准确地考虑这些因素的影响是非常困难的，因此通常
采用萨道夫斯基公式 V
=
Qn K(
)α
[1]来确定质点振动
R
最大速度，式中Q为爆破最大一段起爆炸药量，R为爆 心距，即测点至爆区药包中心的距离，系数K，α是与 爆破场地条件、地质条件有关的系数。实际工程中，
既然 K 是与爆破场地条件有关的系数，α 是与地 质条件有关的爆破地震波衰减系数[1]。那么，高程放 大效应应完全可以通过 K，α 值的变化反映出来，从 而避开修正公式的繁琐。基于这一思想，本研究试图 通过现场爆破实测，对测点与爆源处于不同相对高差 时的最大振动速度，爆心距等的量测分析来探寻 K，α 值与高差的变化规律。
points and the center of blast are at the same altitude
图 4 监测点标高高于爆源的剖面图 Fig. 4 Section of vibration measurement when the altitude of
measuring points is higher than that of the center of blast
ΔH/m
-14.31 -14.31 -14.31 -12.23 -12.61 -12.67
最大振速 /(cm·s-1)
(L,T,V)
1.259 6.136 3.763
2.820 3.023 2.066
最大频率 /Hz
(L,T,V)
15.625 15.625 15.625
15.625 17.578 13.672
在深凹露天矿中，为开挖而进行的频繁的爆破所产 生的爆破振动不仅使边坡岩体的完整性和稳定性进一步 削弱，而且可能使边坡变形逐渐加大，最后导致边坡 失稳。因此，研究爆破振动的高程效应对深凹露天矿 的安全生产具有重要的现实意义。
爆破振动监测仪器选用 IDTS2850 型振动记录分 析仪。此种仪器具有体积轻小、便携、操作简便的特 点，可以进行不同位置三向多时段的测量。现场所采 用的爆破方式主要是预裂爆破，爆破测试测点布置采 用以爆源为中心的“T”字型放射状的布置方式，见图 1。
1 爆破振动监测
爆破振动监测选在首钢矿业公司水厂铁矿露天采 场进行。水厂铁矿位于河北省迁安市西部，是首钢主 要原料基地之一，也是我国最大的露天铁矿之一，历 史上达到的最大生产能力为1600万吨/年，目前生产能力 为1200万吨/年。该矿整个露天采场长3600 m，宽400～ 1680 m，长轴方向NE40º左右。采场境界由南、北两 个独立采场构成，两个采场在水平+34 m以上连通，在 +34 m以下形成两个独立境界。采场总体边坡角41º～ 50º，采场边坡最高标高为+310 m， 最低开采标高 -350 m，最大边坡垂直高度将达到660 m，最大凹陷 开采深度将达到430 m[10]，成为名副其实的高陡边坡。
RS 确定边坡上爆破地震波的衰减，式中，R/S为爆心至测 点的斜距R与水平距离S之比，即高差影响基本系数。
高程放大效应是指爆破引起的质点振动速度随着 边坡高度的增大而出现一定的增大现象。但是，爆破 振动速度的高程放大效应不仅与边坡岩体的完整性、 岩性、坡度、爆破规模等因素有关系，而且与边坡山 体厚薄有关系，放大只局限于一定高度范围内[7-8]。实 测资料表明，并不是所有的测点都具有同等程度的高 程放大效应[9]。
K，α值的选取一般采用工程类比的方法，误差较大。 一些研究者认为该公式只考虑了振速V随爆心距
R 增加而衰减，没有反映高程对爆破振动效应的影 响。因此提出了一些改进的公式，如改进的萨道夫斯
基公式[2]， V = K (Q1/3 )α eβ H ；朱传统等[3-4]认为振动 R
速度沿高程有放大效应，因而认为振动速度的计算公
第4期
谭文辉，等. 边坡爆破振动高程效应分析
621
表 1 爆破振动部分观测结果表
Table 1 Part of the results of blasting vibration measurement
编号
最大一段药量 /kg
1
720
2
580
R/m
(L,T,V)
57.22 57.22 57.22
59.03 126.08 94.01
图 2 监测点标高低于爆源时的剖面图 Fig. 2 Section of vibration measurement when the altitude of
measuring points is lower than that of the center of blast
图 3 监测点标高和爆源在同一位置剖面图 Fig. 3 Section of vibration measurement when the measuring
式应为 V
=
K1
⋅ (Q1/ 3 )α R
⋅ (Q1/ 3 H
)β
，文献[5]用该公式对金
─────── 基金项目：国家 863 计划项目（2007AA06Z132） 收稿日期：2008–12–22
620
岩土工程学报
2010 年
堆城露天矿高边坡爆破振动效应进行了分析，认为爆 破振动速度随着高程的增加存在一定的放大效应，但 整个岩质边坡的整体性较差时，正高程的放大效应不 太明显。宋光明等[6]则提出用V = K ⋅ (Q1/3 )α ⋅ ( R )β 来
TAN Wen-hui， QU Shi-jie，MAO Shi-long，YU Miao，GUO Hai-yan
(Department of Civil Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
中图分类号：TD235.14
文献标识码：A
文章编号：1000–4548(2010)04–0619–05
作者简介：谭文辉(1969– )，女，湖南浏阳人，博士，副教授，从事岩土工程与采矿工程研究。E-mail: wenhui.t@163.com。
Altitude effect of blasting vibration in slopes
109.79
0.00
2.434
15.859
3
320
189.19
0.00
0.657
13.672
149.20
0.00
1.060
29.297
80.00
0.00
4.583
15.625
4
290
131.05
0.00
2.577
13.672
119.96
+10.33
2.276
29.297
95.24
+21.99
3.220
0引 言
在大型深凹露天矿山，爆破规模一般都较大，爆
破作业也较频繁，故由爆破引起的振动效应是影响爆
破生产安全和边坡岩体稳定性的一个重要因素。因此，
对爆破振动效应进行足够准确的预测，为控制爆破振
动效应提供依据，是矿山爆破生产实践中的一项重要
工作，同时也是爆破振动控制技术研究领域里的一个
重要问题。
质点振动速度是目前国内外表述爆破振动效应的
摘 要：在确定爆破振动产生的质点最大振速时常采用萨道夫斯基经验公式，式中系数 K，α常用工程类比来选取，误 差较大。一些研究者认为该公式没有反映高程对爆破效应的影响，因而提出了修正公式。但考虑到系数 K，α原本就是 与爆破场地条件、地质条件有关的系数，高程的影响应已包括在内，故对萨道夫斯基公式进行此种修正是否合理，有
Baidu Nhomakorabea
29.300
5
290
47.33
+34.96
6.660
20.750
61.44
+39.71
6.550
15.870
注：表中的 L，T，V 分别表示径向﹑切向和垂直 3 个不同的方向。R 为测点距爆心的水平距离，ΔH 为测点距爆心的垂直距离。
爆破作业现场监测收集到有效测振数据共168组，
其中水平径向有效数据81组；水平切向有效数据21组；
第 32 卷 第 4 期 2010 年 .4 月
岩 土 工 程 学报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.32 No.4 Apr. 2010
边坡爆破振动高程效应分析
谭文辉，璩世杰，毛市龙，于 淼，郭海燕
(北京科技大学土木工程系，北京 100083)
图 1 现场测试测点平面布置图
Fig. 1 Layout of measuring points for field tests
水厂铁矿是一座大型变质岩型磁铁矿床，岩性及 构造条件十分复杂。根据地质调查分析，该矿采场岩 组有11类，但以花岗岩组、磁铁矿岩组分布最广。
为了研究测点与爆源高差对 K，α 值的影响，主 要测量了测点与爆源处于不同高差时质点的振速和频 率。爆破振动监测代表性地质地形条件如图 2～4 所 示。
垂直方向有效数据66组，部分爆破振动观测结果见表
1。测振数据中磁铁矿岩和花岗岩的数据较多，因此选
择磁铁矿岩和花岗岩作为爆破振动高程效应研究的对
象。
2 爆破高程效应分析
2.1 不同高差时，矿石和花岗岩 K，α 值的回归分析 为了研究高程对 K，α 值的影响，本文分别对不
同高差下，花岗岩和矿石的监测数据进行了回归分析， 图 5 是不同高差时，花岗岩爆破振动监测结果回归分 析的部分结果，图中相关系数均大于 0.8，相关性较好， 因此分析结果可取。整理得出不同高差下，花岗岩和 矿石的 K，α 值见表 2。
待于进一步研究。基于这一思想，通过现场实测来探寻高差变化对 K，α值影响的基本规律，对不同高差时的 K，α值 进行了回归分析，结果表明，不同岩性时，K，α值随高差的变化是不同的。因此，在实际工程中，根据高程与 K，α 值的关系先确定 K，α值，然后再应用萨道夫斯基经验公式，即可对爆破振动速度进行较为准确的预测。 关键词：爆破振动效应；振速；高程效应；高差
一个主要参数，其影响因素主要包括药量、埋深、爆
破方式等爆源因素，以及爆心距、传播途径、岩土条
件等传播途径因素。在预测爆破振动效应时，全面和
准确地考虑这些因素的影响是非常困难的，因此通常
采用萨道夫斯基公式 V
=
Qn K(
)α
[1]来确定质点振动
R
最大速度，式中Q为爆破最大一段起爆炸药量，R为爆 心距，即测点至爆区药包中心的距离，系数K，α是与 爆破场地条件、地质条件有关的系数。实际工程中，
既然 K 是与爆破场地条件有关的系数，α 是与地 质条件有关的爆破地震波衰减系数[1]。那么，高程放 大效应应完全可以通过 K，α 值的变化反映出来，从 而避开修正公式的繁琐。基于这一思想，本研究试图 通过现场爆破实测，对测点与爆源处于不同相对高差 时的最大振动速度，爆心距等的量测分析来探寻 K，α 值与高差的变化规律。
points and the center of blast are at the same altitude
图 4 监测点标高高于爆源的剖面图 Fig. 4 Section of vibration measurement when the altitude of
measuring points is higher than that of the center of blast
ΔH/m
-14.31 -14.31 -14.31 -12.23 -12.61 -12.67
最大振速 /(cm·s-1)
(L,T,V)
1.259 6.136 3.763
2.820 3.023 2.066
最大频率 /Hz
(L,T,V)
15.625 15.625 15.625
15.625 17.578 13.672
在深凹露天矿中，为开挖而进行的频繁的爆破所产 生的爆破振动不仅使边坡岩体的完整性和稳定性进一步 削弱，而且可能使边坡变形逐渐加大，最后导致边坡 失稳。因此，研究爆破振动的高程效应对深凹露天矿 的安全生产具有重要的现实意义。
爆破振动监测仪器选用 IDTS2850 型振动记录分 析仪。此种仪器具有体积轻小、便携、操作简便的特 点，可以进行不同位置三向多时段的测量。现场所采 用的爆破方式主要是预裂爆破，爆破测试测点布置采 用以爆源为中心的“T”字型放射状的布置方式，见图 1。
1 爆破振动监测
爆破振动监测选在首钢矿业公司水厂铁矿露天采 场进行。水厂铁矿位于河北省迁安市西部，是首钢主 要原料基地之一，也是我国最大的露天铁矿之一，历 史上达到的最大生产能力为1600万吨/年，目前生产能力 为1200万吨/年。该矿整个露天采场长3600 m，宽400～ 1680 m，长轴方向NE40º左右。采场境界由南、北两 个独立采场构成，两个采场在水平+34 m以上连通，在 +34 m以下形成两个独立境界。采场总体边坡角41º～ 50º，采场边坡最高标高为+310 m， 最低开采标高 -350 m，最大边坡垂直高度将达到660 m，最大凹陷 开采深度将达到430 m[10]，成为名副其实的高陡边坡。
RS 确定边坡上爆破地震波的衰减，式中，R/S为爆心至测 点的斜距R与水平距离S之比，即高差影响基本系数。
高程放大效应是指爆破引起的质点振动速度随着 边坡高度的增大而出现一定的增大现象。但是，爆破 振动速度的高程放大效应不仅与边坡岩体的完整性、 岩性、坡度、爆破规模等因素有关系，而且与边坡山 体厚薄有关系，放大只局限于一定高度范围内[7-8]。实 测资料表明，并不是所有的测点都具有同等程度的高 程放大效应[9]。
K，α值的选取一般采用工程类比的方法，误差较大。 一些研究者认为该公式只考虑了振速V随爆心距
R 增加而衰减，没有反映高程对爆破振动效应的影 响。因此提出了一些改进的公式，如改进的萨道夫斯
基公式[2]， V = K (Q1/3 )α eβ H ；朱传统等[3-4]认为振动 R
速度沿高程有放大效应，因而认为振动速度的计算公
第4期
谭文辉，等. 边坡爆破振动高程效应分析
621
表 1 爆破振动部分观测结果表
Table 1 Part of the results of blasting vibration measurement
编号
最大一段药量 /kg
1
720
2
580
R/m
(L,T,V)
57.22 57.22 57.22
59.03 126.08 94.01
图 2 监测点标高低于爆源时的剖面图 Fig. 2 Section of vibration measurement when the altitude of
measuring points is lower than that of the center of blast
图 3 监测点标高和爆源在同一位置剖面图 Fig. 3 Section of vibration measurement when the measuring
式应为 V
=
K1
⋅ (Q1/ 3 )α R
⋅ (Q1/ 3 H
)β
，文献[5]用该公式对金
─────── 基金项目：国家 863 计划项目（2007AA06Z132） 收稿日期：2008–12–22
620
岩土工程学报
2010 年
堆城露天矿高边坡爆破振动效应进行了分析，认为爆 破振动速度随着高程的增加存在一定的放大效应，但 整个岩质边坡的整体性较差时，正高程的放大效应不 太明显。宋光明等[6]则提出用V = K ⋅ (Q1/3 )α ⋅ ( R )β 来
TAN Wen-hui， QU Shi-jie，MAO Shi-long，YU Miao，GUO Hai-yan
(Department of Civil Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
中图分类号：TD235.14
文献标识码：A
文章编号：1000–4548(2010)04–0619–05
作者简介：谭文辉(1969– )，女，湖南浏阳人，博士，副教授，从事岩土工程与采矿工程研究。E-mail: wenhui.t@163.com。
Altitude effect of blasting vibration in slopes
109.79
0.00
2.434
15.859
3
320
189.19
0.00
0.657
13.672
149.20
0.00
1.060
29.297
80.00
0.00
4.583
15.625
4
290
131.05
0.00
2.577
13.672
119.96
+10.33
2.276
29.297
95.24
+21.99
3.220
0引 言
在大型深凹露天矿山，爆破规模一般都较大，爆
破作业也较频繁，故由爆破引起的振动效应是影响爆
破生产安全和边坡岩体稳定性的一个重要因素。因此，
对爆破振动效应进行足够准确的预测，为控制爆破振
动效应提供依据，是矿山爆破生产实践中的一项重要
工作，同时也是爆破振动控制技术研究领域里的一个
重要问题。
质点振动速度是目前国内外表述爆破振动效应的
摘 要：在确定爆破振动产生的质点最大振速时常采用萨道夫斯基经验公式，式中系数 K，α常用工程类比来选取，误 差较大。一些研究者认为该公式没有反映高程对爆破效应的影响，因而提出了修正公式。但考虑到系数 K，α原本就是 与爆破场地条件、地质条件有关的系数，高程的影响应已包括在内，故对萨道夫斯基公式进行此种修正是否合理，有
Baidu Nhomakorabea
29.300
5
290
47.33
+34.96
6.660
20.750
61.44
+39.71
6.550
15.870
注：表中的 L，T，V 分别表示径向﹑切向和垂直 3 个不同的方向。R 为测点距爆心的水平距离，ΔH 为测点距爆心的垂直距离。
爆破作业现场监测收集到有效测振数据共168组，
其中水平径向有效数据81组；水平切向有效数据21组；
第 32 卷 第 4 期 2010 年 .4 月
岩 土 工 程 学报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.32 No.4 Apr. 2010
边坡爆破振动高程效应分析
谭文辉，璩世杰，毛市龙，于 淼，郭海燕
(北京科技大学土木工程系，北京 100083)