基于Matlab分析爆破测试数据

基于Matlab分析爆破测试数据

摘要：运用Matlab绘图功能及逻辑运算函数，可较为便捷分析爆破过程中各阶

段地面质点最大振动速度和主振频率，详细确定爆破振动作用下地面的振动速度

分布规律，对保证爆区周围建筑物的安全具有重要意义。

关键词：爆破振动测试；振动速度；冲击振动

0 前言

TC-4850爆破测振仪可用于现场爆破振动、主振频率等测试，而且可以对信号进行记录和分析。该仪器可以测水平径向、水平切向、垂直向三个方向的质点振

动速度，其自带分析软件仅能获得全时程的最大振动速度，及其对应的主振频率、时刻[1]。而现实爆破过程伴随多阶段的振动现象[2]，本文运用Matlab对爆破过

程不同阶段进行振动速度及振动频率分析，进而获得各阶段进行振动最大速度及

主振频率。

1 爆破数据来源

爆破对象（1#、2# 冷却塔）位于周口隆达发电有限公司院内，两座冷却塔并

立且间距为35m。冷却塔属于薄壁双曲线双层钢筋网混凝土结构，由环形基础、

人字形柱、环形梁和通风筒四部分构成。冷却塔总高均为100m，基础最外面直

径为82m。1#、2# 冷却塔北侧为马路，距民用建筑最近约50m（图1），南侧发

电机房据爆破区最近距离约24m。冷却塔拆除采用定向爆破拆除方案，倒塌方向

均为南东东倒塌[3-5]。

本次测试采用成都中科测控有限公司制造的TC-4850爆破测振仪，TC-4850爆

破测振仪不仅可用于现场爆破振动、主振频率等测试，而且可以对信号进行记录

和分析。该仪器可以测水平径向、水平切向、垂直向三个方向的质点振动速度[1]。本次1#、2#冷却塔爆破振动检测共用检测仪器5台，所用的TC-4850爆破测振仪

均经过权威检测机构检定为合格。

1#、2#冷却塔于2015年12月23日10点00分起爆，按设计方向倒塌，爆

破达到预期效果。5个测点都测量到了数据。

图1 拟爆破冷却塔周围环境卫星图

2 爆破振动监测数据分析

2.1 TC-4850分析结果

以测点1为例，由TC-4850爆破测振仪给出时程-速度图可以识别出3个阶段振动现象

（图2，X水平径向，Y水平切向，Z垂直向），而该软件仅能给出全时程最大振动速度及其

对应主振频率、时刻（表1）。

2.2 Matlab分析结果

为探索爆破各阶段振动特征，本文运用Matlab绘图及逻辑运算函数功能，对各阶段振动

特征进行分析[6-9]。以测点1数据为例，该数据可分为0~2s（炸药爆破引起的振动）、

2~6.5s（爆破缺口前沿触地引起的振动）、6.5s~10s（冷却塔主体触地引起的振动）三个主要

阶段，TC-4850爆破测振仪获得原始数据格式为[时刻（ms），水平径向速度（m/s），水平

切向速度（m/s），垂直向速度（m/s）] txt文档，测点1文档命名为point1.txt，仪器采样时

间间隔为0.25ms，以水平切向数据为例，获得各阶段最大振速、主振频率及最大振速出现时刻。

Matlab绘图及逻辑运算函数如下：

%绘制测点1水平切向三个阶段时程速度图(图3)

load point1.txt;

staget1=point1(1:8001,1)*0.001;%炸药爆破引起的振动阶段时间范围

staget2=point1(8002:26001,1)*0.001;

staget3=point1(26002:40001,1)*0.001;

stagev1=point1(1:8001,3)*100;%炸药爆破引起的振动阶段速度值

stagev2=point1(8002:26001,3)*100;

stagev3=point1(26002:40001,3)*100;

subplot(3,1,1)

plot(staget1,stagev1,'b'),xlabel('时间（s）'),ylabel('速度(cm/s)'),legend('炸药爆破引起的振动'),grid

subplot(3,1,2)

plot(staget2,stagev2,'b'),xlabel('时间（s）'),ylabel('速度(cm/s)'),legend('爆破缺口前沿触地引起的振动'),grid

subplot(3,1,3)

plot(staget3,stagev3,'b'),xlabel('时间（s）'),ylabel('速度(cm/s)'),legend('冷却塔主体触地引起的振动'),grid

%计算测点1水平切向三个阶段最大振速、主振频率及最大振速出现时刻

%炸药爆破引起的振动阶段

v1max=max(abs(stagev1));%最大振速

line1=find(abs(stagev1)==v1max);%最大振速所在行数

t1=point1(line1,1)*0.001;%最大振速时刻

n=1;

while point1(line1,3)*point1(line1-n,3)>0 %单向逐个数据寻找零振速

n=n+1;

end

t11=point1(line1-n,1)*0.001;%最大振速半波长起始时刻

n=1;

while point1(line1,3)*point1(line1+n,3)>0

n=n+1;

end

t12=point1(line1+n,1)*0.001;%最大振速半波长终止时刻

f1=1/((t12-t11)*2);%最大振速对应主振频率

%爆破缺口前沿触地振动阶段

v2max=max(abs(stagev2));%

line2=find(abs(stagev2)==v2max)+8001;

t2=point1(line2,1)*0.001;%最大振速时刻

n=1;

while point1(line2,3)*point1(line2-n,3)>0

n=n+1;

end

t21=point1(line2-n,1)*0.001;

n=1;

while point1(line2,3)*point1(line2+n,3)>0

n=n+1;

end

t22=point1(line2+n,1)*0.001;

f2=1/((t22-t21)*2);

%冷却塔主体触地振动阶段

v3max=max(abs(stagev3));

line3=find(abs(stagev3)==v3max)+26001;

t3=point1(line3,1)*0.001;

n=1;

while point1(line3,3)*point1(line3-n,3)>0