爆破地震高程效应的实验研究
矿山边坡爆破振动高程放大效应研究
矿山边坡爆破振动高程放大效应研究张伟康;谢永生;吴顺川;肖术【摘要】以穆利亚希露天矿生产爆破为工程背景，对影响爆破振速衰减规律的物理量进行量纲分析，得出考虑振动传播介质高程放大效应的振动公式。
通过对2次生产爆破试验数据的验算与对比分析发现，当传播介质地貌高程起伏较大时，传统的萨道夫斯基公式推算得到的振速误差较大，平均误差达40.7%，而利用量纲分析方法得出的修正公式推算的振速误差较小，平均误差为13.3%。
研究结果表明，经修正的爆破振速公式能较准确地反映传播介质高程对爆破振速的放大效应，其回归结果更符合实际。
%With the blasting production of Muliashy Open Pit Mine as engineering background,the vibration formula a-bout elevation amplification effect was obtained via dimensional analysis on the physical quantities that affects the attenuation of blasting vibration velocity. By twice checking on the blasting production test data and the comparative analysis,it is founded that the error about vibration velocity calculated through the traditional Sodev′s empirical formula is large when the terrain ele-vation in the blasting monitoring test varies obviously,with the average error of 40. 7%. The error of the calculated velocity through the improved formula of the dimensional analysis is smaller,with average error of 13. 3%. The results indicated that the improved formula of blasting vibration velocity via dimensional analysis method can more accurately reflect the elevation magni-fying effect of propagation medium on blasting vibration velocity,and its regression result are more realistic.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P68-71)【关键词】岩质边坡;爆破振动;高程放大效应;量纲分析【作者】张伟康;谢永生;吴顺川;肖术【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083;中国有色矿业集团有限公司，北京100029;北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083; 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD854.6;TD235.4针对爆破振动传播过程中的高程放大作用，国内外许多学者采用试验分析、理论分析及数值模拟等手段对其进行了相应研究。
炸药量对爆破振动高程效应影响的模型试验研究
第７３卷 第１期有 色 金 属（矿山部分）２０２１年１月 基金项目：中国工程院咨询研究项目（２０１８ ＸＹ １２）作者简介：黄锡琴（１９９１—），女，硕士研究生，从事工程爆破及安全管理方面的工作。
通信作者：张小军（１９９１—），男，博士研究生，从事爆破技术与矿山安全方面的研究。
犇狅犻：１０ ３９６９／犼犻狊狊狀 １６７１ ４１７２ ２０２１ ０１ ００４炸药量对爆破振动高程效应影响的模型试验研究黄锡琴１，张小军２，孙俊山３，郝海刚３，白荣帅４（１．中国爆破行业协会，北京１０００７０；２．北京科技大学土木与资源工程学院，北京１０００８３；３．内蒙古康宁爆破有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯０１７０００；４．陕西华电榆横煤电有限责任公司，陕西榆林７１９０００）摘 要：在露天矿山、交通、水利、能源等领域，爆破施工是比较普遍的方法。
但是爆破振动在边坡上传播的过程中，会产生高程效应，是不可忽视的一个关键问题。
本文通过混凝土模型爆破试验对露天矿爆破振动规律进行分析，研究爆破振动高程效应与炸药量间的关系。
爆破试验表明：在正高程台阶模型中，随着药量增加，在高程效应明显区域，振速放大越明显。
在负高程台阶模型中，台阶各测点振速随着药量的增加而增加，且药量越大，负高程差的存在，爆破振动衰减效应越明显。
关键词：炸药量；高程效应；爆破振动；模型试验中图分类号：ＴＤ２３５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１ ４１７２（２０２１）０１ ００１６ ０６犕狅犱犲犾狋犲狊狋狊狋狌犱狔狅狀犻狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳犲狓狆犾狅狊犻狏犲犪犿狅狌狀狋狅狀犲犾犲狏犪狋犻狅狀犲犳犳犲犮狋狅犳犫犾犪狊狋犻狀犵狏犻犫狉犪狋犻狅狀ＨＵＡＮＧＸｉｑｉｎ１，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｊｕｎ２，ＳＵＮＪｕｎｓｈａｎ３，ＨＡＯＨａｉｇａｎｇ３，ＢＡＩＲｏｎｇｓｈｕａｉ４（１．ＣｈｉｎａＳｏｃｉｅｔｙｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓａｎｄＢｌａｓｔｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；３．ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＫａｎｇｎｉｎｇＢｌａｓｔｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，ＥｅｒｄｏｓＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ０１７０００，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｈａａｎｘｉＨｕａｄｉａｎＹｕｈｅｎｇＣｏａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＹｕｌｉｎＳｈａａｎｘｉ７１９０００，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｐｅｎｐｉｔｍｉｎｅｓ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，ｅｎｅｒｇｙａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓ，ｂｌａｓｔｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｓａｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｃｏｍｍｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｌｅｖａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｃａｕｓｅｄｂｙｂｌａｓｔｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｌａｗｏｎｔｈｅｓｌｏｐｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｌａｗｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎｏｐｅｎｐｉｔｍｉｎｅｂｙｃｏｎｃｒｅｔｅｍｏｄｅｌｂｌａｓｔｉｎｇｔｅｓｔ，ａｎｄｅｘｐｌｏｒｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｅｃｈａｒｇｅｏｎｔｈｅｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｌｅｖａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｂｌａｓｔｉｎｇｔｅｓｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：Ｉｎｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅｅｌｅｖａｔｉｏｎｓｔｅｐｍｏｄｅｌ，ａｓｔｈｅｄｏｓｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｗａｓｍｏｒｅｐｒｏｎｏｕｎｃｅｄｉｎｔｈｅａｒｅａｗｈｅｒｅｔｈｅｅｌｅｖａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔａｐｐｅａｒｅｄ．Ｉｎｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅｅｌｅｖａｔｉｏｎｓｔｅｐｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｅａｃｈｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆｔｈｅｓｔｅｐｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｄｏｓｅ．Ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｄｏｓｅ，ｔｈｅｍｏｒｅｏｂｖｉｏｕｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅｅｌｅｖａｔｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｎｔｈｅｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｗｉｌｌｂｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｃｈａｒｇｅ；ｅｌｅｖａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ；ｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｍｏｄｅｌｔｅｓｔ在采矿，运输，水利，能源等领域，爆破施工是更有效的破岩方法。
关于爆破地震效应影响因素的研究
关 于 爆 破 地 震 效 应 影 响 因 素 的 研 究李玉江 燕永峰 张秋华摘 要 :根据国内外对爆破震动效应的研究状况 ,围绕爆破震动三大要素 ,分析总结了影响爆破地震效应的诸多因素 ,从 而为爆破震动防灾减灾工程做出明确的科学指导 ,便于爆破控制 。
关键词 :爆破震动 ,爆破因素 ,爆破控制 ,爆破 中图分类号 : TU973 . 31文献标识码 :A性较好 ,且震速与岩土性质有较稳定的关系 ,而质点振动位移及1 概述与天然地震相比 ,爆破地震的震源及爆破施工过程是人为进 行的 ,在药量和爆源位臵已知的情况下 ,人们可以根据周围的环 境条件 ,通过严格的设计 ,改变起爆方式和采取一定的技术措施 对爆破震动强度进行预测和控制 ,达到避免或减少爆破震动危害 的目的 。
为了更好的了解爆破的作用机理及更直接有效的实施爆破控制 ,提出了影响爆破震动效应的影响因素 。
2 影响爆破地震效应的因素2 . 1 三大要素对地震效应的影响 2 . 1 . 1 震动速度 大量的现场试验表明 ,爆破震动强度与质点震速大小的相关 1加速度都不具有这种关系 。
然而速度矢量在空间坐标中有三 个方向 (垂直方向 、水平径向和水平切向) ,采用哪一个方向上的 震速在爆破研究中一直是一个热点话题 。
目前国际上采用最普 遍的是用质点的垂直振动速度作为衡量爆破震动强度的标准 ,但 是这并不能全面的反映爆破结构破坏的实质 。
2 . 1 . 2 震动主频结构体对于介质中传来的地震波具有选择放大作用 ,这种作用主要表现在爆破地震中与结构体固有周期相近的谐波分量放 大最多 ,使该波引起的震动最为激烈 。
即爆破震动的卓越周期与该结构体的固有周期一致时 ,将产生共振 ,使结构体的振幅大大增加 。
此计算焊缝承载力) N max = σmax ×b ×h = 827. 44 kN ;正面角焊缝 误是造成计算结果错误的关键之一 ,因此 ,审查时要注意审查是 否有漏算荷载的现象 。
关于爆破地震效应影响因素的研究
５只 ８８级 Ｍ２ ． ７高强螺栓 ， 补全 了相关 的计 算 书 ， 并 经监 理部 审 查通过后 ， 付诸实施 。
［ ］ 丁 阳． 结构 ［ ． ３ 钢 Ｍ］天津 ： 津大学出版社 ，０ ５ １２ ０ 天 ２ ０ ：－５ ． ［ ］ 郭秉 山， 贵 实， ４ 金 闰月梅 ． 筑结构 工程 师手 册 ［ ． 建 Ｍ］ 北京 ：
大最多 ， 该波引起的震动最为激烈 。即爆破震动 的卓越周期 与 使
该结构 体的 固有周期 一致 时 ， 产生 共振 ， 结构体 的振 幅大 大 将 使 大量的现场试验 表明 ， 破震动强度 与质点震速 大小的相关 增 加 。 爆
此计算 焊缝承载力 ） Ｎ一 ＝ 一 ×ｂｘｈ＝８ ７ ４ Ｎ； 面角焊缝 误是造成 计算结果错 误 的关键之 一 ， ２ ．４ｋ 正 因此 ， 审查 时要 注意 审查是
Ｎｌ ＋Ｎ２ ＞Ｎ一 ， 角焊缝符合要求 。 ４高强螺 栓承 力复 算 ： ） 根据 偏 心距 ｅ： 监理工程师对方案计算 书 的严格 复查是 保证 在施项 目不 发生安 全事故 的前题条件之 一 ， 因此 ， 理工程 师 在运用 专业 知识技 能 监 ＝ ０ １ ＞ 进行服务的过程 中， ．８ｍ 必须 要发 挥最 高标 准专业 能力 ， 建议 我 国注 册监理 工程师 、 注册 建造 师执业 资格 考试增 设专 业知 识 内容 ， 以 逐步提高方案编制和 审查 能力 ， 减少重大安全事故 的发生率 。
２ １ ２ 震 动 主 频 ． ．
２ 影 响爆 破地 震效 应 的 因素 ２ １ 三 大要 素对 地震 效应 的 影响 ．
２． ． 震 动速度 １１
结构体对 于介质 中传来 的地震 波具有选择放 大作用 ， 这种 作 用主要表现在爆破地震 中与结构 体 固有 周期 相近 的谐波 分量放
含软弱夹层岩质直立边坡爆破振动速度高程放大效应研究
含软弱夹层岩质直立边坡爆破振动速度高程放大效应研究摘要：针对直立岩质高边坡对爆破振动的动力响应特征问题，利用Flac3D软件建立分三级开挖的岩质基坑直立边坡数值模型，分析了其爆破振动速度的高程分布规律。
计算结果显示，软弱夹层对基坑边坡质点振动速度的分布规律存在显著影响，边坡上质点的爆破振动速度随着与爆源距离的增大总体呈衰减趋势，但在软弱夹层及其邻近的上盘岩体处具有一定的放大效应；软弱夹层的厚度、倾角、埋深位置和弹性模量等因素对其振速放大效应具有一定的影响，放大系数随着软弱夹层埋深、弹模比和厚度的增加而增大，其中厚度的影响不显著；随着软弱夹层倾角的增大而呈现多次波动。
关键词：基坑边坡；软弱夹层；爆破振动；数值模拟引言本文以重庆市沙坪坝地区铁路枢纽工程基坑开挖形成的三级岩质边坡为研究对象，利用Flac3D建立基坑边坡模型，分析了其在爆破地震波作用下的爆破振动放大效应。
并研究了不同软弱夹层的厚度、倾角、埋深位置和力学参数等因素对振速放大效应的影响，基于计算结果得出了边坡振速局部放大效应随软弱夹层的变化规律。
1 岩质边坡爆破振动的振速衰减规律1.1数值模型以沙坪坝地区铁路枢纽工程岩质基坑边坡开挖为工程背景，建立如图1所示的边坡数值计算模型，图中岩体性质为砂岩，在砂岩之间包含有一厚度约为2m的泥质软弱夹层带，软弱夹层倾角约为30°，在砂岩与软弱夹层之间设置接触面。
根据工程资料显示，此次开挖共开挖四级边坡，每级边坡开挖高度为12m，台阶宽度为2m，模拟第四级边坡开挖中爆破振动对前三级边坡的振动响应。
计算本构模型采用摩尔-库伦模型，岩体物理力学参数取室内试验结果见表1。
（a）计算模型示意图（b）三维数值模型图1 数值计算模型图表1 岩体计算参数1.2边界条件与动力荷载的输入在动力分析中，为防止爆破产生地震波的反射和失真，边界条件采用黏滞（不反射）边界来减少模型边界上波的反射，图2为边坡在地震波作用下分析模型的边界。
爆破地震效应影响因素的研究及工程应用
爆破地震效应影响因素的研究及工程应用本文分析了当前爆破地震效应及其影响因素的研究现状,通过分析土岩爆破的物理过程和爆破能量的分配,探讨了爆炸地震波的形成及其传播特性,并比较了爆破地震和天然地震的区别。
结合现有的爆破工程和试验,对改变爆破参数来控制爆破振动进行了系统的研究。
为客观地分析爆破地震波随爆破参数改变的变化规律,验证理论分析,本文采用动力有限元方法建立了相应的数值模型,利用有限元计算软件ANSYS/LS-DANY进行了条形装药和集中装药条件下爆破地震效应的数值模拟计算,模拟结果表明条形装药的减震效果比较明显,与实际工程基本吻合。
结合武钢矿业公司金山店铁矿井下爆破振动监测,分析了巷道爆破振动的衰减规律,对监测数据进行了分析,得出了最大一段分段药量应该控制在190kg 以下,微差间隔在75ms时,降震效果较好,并计算出了该项目井下深孔爆破地震波衰减规律的预测公式,为井下爆破方案的设计提供了依据。
根据爆破振动监测中发现的问题,对矿山爆破震动测试方案做了探讨,结合矿山实际条件,提出了一些矿山爆破振动测试的注意事项,对以后进一步的研究工作有一定的指导意义。
基于能量原理的爆破地震效应
01
根据工程要求，选择适合的爆破介质和环境，如岩石、土壤、 水域等。
02
在不同介质和环境下，采用相应的爆破技术，如深孔爆破、浅
孔爆破、水下爆破等。
在城市和人口密集区进行爆破作业时，应特别注重环境保护和
03
安全措施，尽量避免对周围环境和居民造成影响。
06
研究结论和展望
研究结论
01
02
03
能量平衡原理
爆破地震波包括纵波和横波两种形式。纵波是振动方向与传播方向一致的波，而横波则是振动方向与传播方向垂 直的波。
波速与介质
纵波和横波在传播过程中，其速度会受到介质性质和密度的影响。一般来说，纵波在固体介质中传播速度较快， 而横波在液体和气体介质中传播速度较快。
爆破地震的危害
地表震动
爆破地震会导致地表震动，进而产生破坏性的影响。地表震动可能会导致岩体 松动、破裂，甚至引发岩崩、滑坡等地质灾害。
爆破地震的能量分布
能量分布规律
爆破地震的能量分布呈现出不均匀的特点，一般来说，距离爆破中心越近，受到 的能量越大，反之则越小。
影响因素
爆破地震的能量分布受到多种因素的影响，如炸药类型、装药量、爆破方式、地 质条件等。
爆破地震的能效系数
能效系数的定义
能效系数是指爆破地震过程中，输出的地震波能量与输入的 炸药能量之比，是衡量爆破地震效果的重要指标。
水体波动
水体波动是爆破地震对水体产生的影响。当水体受到地震波作用时，会产生水 面波动、水体涌浪等效应，对水域周边的建筑物、设施和人员造成威胁。
基于能量原理的爆破地震效
03
应分析
能量平衡原理
能量守恒定律
在爆破地震过程中，输入的能量与输出的能量保 持平衡，即输入的能量等于输出的能量。
爆破地震效应影响因素与工程应用分析
爆破地震效应影响因素与工程应用分析摘要：随着我国经济的不断发展，爆破技术在整体的国家经济建设中也发挥着很大的作用，在进行城市中的改造拆迁时，高质量的爆破技术能够更好地实现各种工程目的。
但是随着爆破工作的不断发展，爆破所产生的振动、飞石和地震效应也对周围的人民群众和建筑物都产生了一定程度上的影响和破坏。
因此，为了控制爆破所产生的地震效应，本文从三个方面对影响爆破地震效应的因素进行了探讨和研究，希望能够找出降低爆破地震效应的措施，促进我国的爆破技术发展。
关键词：爆破技术；地震效应；影响因素；工程应用引言爆破技术无论是在开发改造工程中，还是在挖山开矿的过程中，都需要对爆破装置进行利用。
但是在爆破装置进行爆破的过程中，其爆破的效果往往是不受人类的意志所影响的，爆破产生的地震效应也对环境和人类都产生了一定的负面影响。
不受控制的爆破所产生的地震效应在城市建设改造中会损坏周围的建筑物，甚至对城市的环境有着破坏作用，而在开山挖矿的过程中，爆破所产生的地震效应还会出现使山体碎裂、矿洞现坍塌等一系列的不利事件，形成十分重大的事故，产生巨大的经济损失。
因此，为了能够更好地控制爆破所带来的地震效应，解决爆破装置中所存在的问题，实现我国爆破技术的提高，研究人员必须对爆破地震效应的影响因素进行分析和研究，找出解决方法。
1爆破地震效应概述在进行爆破的过程中产生的爆破地震效应是爆破工程的危害之一，它的产生主要是由于炸药在土地岩石中所释放出来的能量，以波的形式通过土壤岩石等相关介质向外进行传播，并且在能量进行传播过程中，一部分的能量转化为振动，从而产生了爆破地震效应。
这种爆破地震效应的震动强度会随着距离爆炸中心的增加而减弱，他只存在于爆炸区域的一定范围内，但是如果爆破工程引起的地震效应达到一定的强度，那么就会对范围内的土壤，岩层和地表的建筑物造成破坏。
在爆破工程中引起的震动，在地层中传播和对地面产生的破坏都是一个复杂的力学过程，整个爆破地震效应的产生和发生的破坏都受到各种因素的影响。
某矿地下爆破地震效应的监测和分析技术研究
Ｒｅ ｅ ｒｈ ｏ ｎｔｒ ｇ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｅ ｈ ｉｕ ｓ ａ ｏ ｔｅ ｒ ｑ ａ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｍｏ ｉ ｉ ｎ ｌｓｓｔｃ ｎ ｑ ｅ ｂ ｕ ａ ｔｕ ｋ ｏｎ ｎ ｈ
ｅ ｅ ｔ ｆｕ ｄ ｒｒ ｕ ｄ ｂ ａ ｔ ｇ ｉ ｎ ｎ ｆ ｃｓｏ ｎ ｅ ｇｏ ｎ ｌｓｉ ｎ ｏ ｅ ｍｉｅ ｎ
Ｌ ｉ ｊｎ Ｚ Ａ Ｇ Ｘ ｎ ｕ ， Ｉ ｉ ｅｇ Ｉ ａ ｕ ， Ｈ Ｎ ｉ ａ Ｌ ｎ ｎ Ｘ ｏ ｈ Ｊｐ
（ ｎ ｅｓｙｏ Ｓｕ ｈｎ ，Ｈ ｎｙｎ ｕ ａ ２０ １ Ｃ ｉａ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｆ ｏｔ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｈ ａ ｅｇａｇＨ ｎｎ４ １０ ， ｈｎ ）
向上 的振动 明显加 强 。因此 日本矿业 会爆破震 动研
究委 员会指 出“ 则 上应 同时测 定互 相 垂直 的三个 原 分量 ， 而不是 只测 其 中一个方 向” 。我 国现 有 的《 爆
破安 全规程 》 这 一 问题 没 有 明 确 的 解 释 和规 定 ， 对
国内大多数 只测 垂直 方 向上 的振 动 ， 不管 径 向和 而 水平 方 向上的振 动 。 本文 在 现有 条 件 的情 况下 ， 同时测 定 相互 垂 直
第６ 卷 第 ３ ３ 期
有 色 金
属（ 矿山部分）
２１ 年５ ０１ 月
Ｄ ：０３ ６／．ｓｎ １７ ４７ ．０ １０ ． １ ＯＩ１ ．９ ９ｊ ｉ ．６ １－ １ ２２ １ ．３ ０ ７ ｓ
台阶爆破振动高程效应理论研究及应用
台阶爆破振动高程效应理论研究及应用一、引言台阶爆破是在开采、掘进、挖土等工程中常见的一种爆破方法。
但是台阶爆破过程中，爆炸产生的冲击波和振动波会对周围环境产生影响，尤其是在爆破周围建筑物或敏感设备的情况下，会引起更大的注意。
因此，对台阶爆破的振动高程效应进行研究和分析，对于保护周围环境具有重要意义。
二、台阶爆破振动高程效应的相关理论（一）台阶爆破的原理台阶爆破是将岩石按照一定规律和块度分成层次，然后按照预定的爆炸参数进行爆破，使得岩石层级状断裂，达到快速控制爆炸的效果。
通常情况下，通过爆破的方法将岩石分解成较小的碎石块或石头，以达到快速控制爆炸的效果。
（二）峭壁、坡地和台阶爆破的不同对于峭壁爆破和坡地爆破，震源点在地面上，爆炸的冲击波和振动波大部分都传递到地表上。
而对于台阶爆破，则震源点位于台阶内部，使得爆炸的冲击波和振动波传递到地表上的时间和效应都与峭壁爆破和坡地爆破有所不同。
（三）台阶爆破的振动高程效应在台阶爆破过程中，随着台阶高度的增加，爆炸产生的冲击波和振动波传递到地表上的时间和效应也有所不同。
通常情况下，随着台阶高度的增加，爆炸的冲击波和振动波将会更快地传递到地表上，并造成更大的震动和噪音，导致对周围环境和设备的损害风险增加。
因此，对于台阶爆破的振动高程效应进行详细的研究和分析十分必要。
三、台阶爆破振动高程效应的实验研究与实践应用（一）实验研究通过实验研究，可以更直观地了解台阶爆破振动高程效应的变化规律。
在实验室中，可以对不同高度的台阶进行爆破模拟，测量爆炸产生的冲击波和振动波传到地表的时间和效应，并对结果进行分析和比较。
通过实验研究，可以了解不同高度的台阶爆破所产生的不同振动高程效应，并为后续的爆破工作提供依据。
（二）实践应用在实际台阶爆破中，可以根据实验数据和理论模型，确定最佳爆破参数和区域范围，从而更好地保护周围环境和设备。
如果发现爆破造成的振动和噪音超过了预期的范围，可在后续工作中对爆破工艺和参数进行调整，并加强对周围环境和设备的保护措施，减少爆破对周围环境和设备的影响。
高程放大效应对露天采场爆破震动衰减的影响研究
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｄ ２ ３ ５ ． １ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ １ —１ ２ ７ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７— ０ ０ ２ ８— ０ ４ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ １ ７ ９ ２ ／ ￣ ２ ０ １ ５ ０ ７ ０ ７
可 忽视 的一部 分 。
阶对爆破震动传播 的影响不仅和台阶的 自震主频 率
有关 ， 而且与震 动 波 的反 射和 叠加 有关 。
露 天采 场随着 开采 的进行 ， 周 围逐渐 形成 边坡 和 台阶， 边坡 或 台 阶可 以视 为 一 种 凸 形 地 貌 。研 究 表 明， 凸形地貌 对爆 破 震 动有 一 定 的放 大 效 应 ， 即 当边
程放 大效应 受 到边坡 形状 和爆破 动载 荷 的影 响 ， 边坡
的坡 度增 大或形 状发 生改 变时 ， 上部 台 阶震 动强 度可
能大于下部 台阶。唐海 等 研究发现 ， 露天采场边 坡 对爆破 震 动波 的放 大效 应具 有一定 的方 向性 ， 垂直
方 向比水 平方 向放 大效应 更加 明显 。 露 天采 场随着 开采 的进行 ， 形成 高度 不等 的边 坡
１ 采场 台阶对爆破震动传播的影响
地形 是研 究 爆破 震 动 衰 减 的重 要 因素 。采 场 台
介质的多变性等 ， 使得爆破震动衰减规律难以准确预 测 。露天 采场爆 破 时 ， 爆破 震动 波在 采场边 坡传播 随 高度 增加 而产 生 的放 大效 应 是 研究 震 动 衰 减 规律 不
爆破本 身具 有 的复杂性 、 瞬 时性 、 不确定 性特 点 ， 爆 破
矿山爆破振动与地震效应评价与监控研究
矿山爆破振动与地震效应监控系统
监控系统组成： 传感器、数据 采集器、数据 处理器、监控
中心
传感器类型： 加速度传感器、 压力传感器、 位移传感器等
数据采集器功 能：实时采集 振动和地震数 据，传输至数
据处理器
数据处理功能： 对采集到的数 据进行处理和 分析，判断振 动和地震效应
监控中心功能： 显示振动和地 震效应数据， 发出报警信号， 指导爆破作业
矿山爆破振动与地震效应评价流程
确定评价目标：确定需要评 价的矿山爆破振动与地震效 应
收集数据：收集矿山爆破振 动与地震效应的相关数据
分析数据：对收集到的数据 进行分析，确定其影响范围 和程度
制定评价标准：根据分析 结果，制定矿山爆破振动 与地震效应的评价标准
评价结果：根据评价标准， 对矿山爆破振动与地震效应 进行评价
矿山爆破振动与地 震效应评价与监控
案例分析
案例一：某矿山的爆破振动与地震效应评价与监控
矿山概况：某矿山位于某地，开采矿石类型为某矿石，开采方式为爆破开采。
爆破振动与地震效应评价：通过对爆破振动和地震效应的监测和分析，评估其对矿山及周边 环境的影响。
监控措施：采用先进的监测设备和技术，实时监测爆破振动和地震效应，确保矿山安全。
提出建议：根据评价结果， 提出改进矿山爆破振动与地 震效应的建议
矿山爆破振动与地 震效应监控技术
矿山爆破振动与地震效应监测设备
振动传感器：用于监测爆破振动的强度 和频率
地震仪：用于监测地震效应的强度和频 率
GPS定位系统：用于监测爆破振动和地 震效应的空间分布
数据采集系统：用于采集和处理振动和 地震效应的数据
矿添加山副爆标破题 振动与地 震效应评价与监控 研究 汇报人：
基于波动理论的露天采场爆破振动高程放大效应分析
（３）
式中：ｕＴ为 Ｔ点的位移矢量（ｍ）；ｕＯ 为入射波的位移
矢量（ｍ）；ｕＲ 为 Ｒ点的位移矢量（ｍ）；ｕＳ为 Ｓ点的位
移矢量（ｍ）。
经几何关系换算，结合式（１）和式（３）可计算得到
Ｔ点的水平位移（ｕＴ水平 ）和垂直位移（ｕＴ垂直 ），分别为：
ｕＴ水平 ＝－ｕＯ ＋ｕＳｓｉｎ（α＋β）＋ｕＲｃｏｓ２α （４）
假设坡体由均质材料组成，坡面为弹性分界面， 由于边坡动力响应分析一般采用水平方向荷载，因此 假设入射波为横波（Ｓ波）。边坡爆破振动波的叠加 见图 ２。从图 ２可以看出，将爆破振动波的反射叠加 简化分析，可认为边坡某点 Ｔ所受到的振动源于 ３种 波的叠加，即：反射 Ｐ波、反射 Ｓ波和入射 Ｓ波。
收稿日期：２０１９－１２－１３；修回日期：２０２０－０２－１５ 作者简介：张紫晗（１９９１—），男，河北石家庄人，助理工程师，硕士，从事爆破技术与施工研究工作；广东省惠州市惠城区演达一路三环装饰城 ８楼
中图分类号：ＴＤ２３５
文章编号：１００１－１２７７（２０２０）０３－００３６－０４
文献标志码：Ａ
ｄｏｉ：１０．１１７９２／ｈｊ２０２００３０７
引 言
１ 高程放大效应理论分析
采矿工程中，准确分析并预报爆破振动是爆破安 全控制的重要环节。工程技术人员通常采用萨道夫 斯基公式进行回归分析，对 爆 破 振 动 大 小 进 行 预 测 。 然而，工程实 践 表 明，采 用 萨 道 夫 斯 基 公 式 对 于 高 低起伏 地 形 条 件 下 爆 破 振 动 速 度 的 预 测 误 差 较 大［１－２］。露天采场地形起伏较大，爆破振动波在 这 样的地形中 传 播，传 播 机 制 十 分 复 杂，受 地 形 的 影 响较大。
ｕＴ垂直 ＝－ｕＳｃｏｓ（α＋β）＋ｕＲｓｉｎ２α （５）
基于能量原理的爆破地震效应研究
[357]李洪涛.基于能量原理的爆破地震效应研究卢文波;舒大强.武汉大学,2007.摘要:爆破技术在水利、矿山、交通和城建等行业发挥越来越重要的作用,爆破诱发的爆破地震负面效应,特别是爆破地震对周围建(构)筑物和设施所造成的危害,越来越受到关注和重视。
爆破地震对建筑物的影响问题,涉及爆炸力学、地震学、岩石动力学和结构动力学等多个学科领域,对爆破地震效应开展深入研究,具有非常重要的理论价值和现实工程意义。
本文从能量的角度出发,围绕爆破地震的能量分布特征、能量衰减规律、建------------------------------------------------------------告诉你仅花7天时间搞定专业论文的绝招1 写论文一定找一个清静的地方闭关。
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矿山爆破振动与地震效应评价与监控研究
矿山爆破振动与地震效应评价与监控研究一、前言与背景矿山爆破振动与地震效应评价与监控研究，是矿业领域的一个重要研究方向。
矿业作为我国经济的重要支柱，其发展历史悠久，而矿山爆破作为矿业生产中的关键环节，其振动效应一直受到广泛关注。
从历史演变来看，早期的矿山爆破振动研究主要集中在爆炸波的传播和振动衰减规律方面。
随着科技的进步，人们开始关注爆破振动对周边环境的影响，包括地震效应的评价与监控。
研究矿山爆破振动与地震效应评价与监控，具有重要的现实意义。
首先，它有助于保障矿山生产的安全，避免因爆破振动引起的矿井事故。
其次，它有助于保护周边环境，减少爆破振动对周边建筑和居民生活的影响。
最后，它有助于提高矿山资源的利用率，优化矿山开采工艺。
二、核心概念与分类1. 核心概念矿山爆破振动，是指在矿山爆破过程中，由于炸药爆炸产生的能量，通过岩石介质传播而引起的振动现象。
地震效应，是指爆破振动在一定条件下，可能引发类似于地震的震动现象。
2. 分类与特征根据振动来源和传播介质的不同，矿山爆破振动可以分为以下几类：•炸药爆炸产生的振动：这是最常见的矿山爆破振动来源，其特点是振动幅度大，频率低。
•岩石破裂产生的振动：这种振动是由于岩石在爆破过程中破裂，释放出的能量引起的，其特点是振动幅度较小，频率较高。
•水击波振动：当爆破产生的冲击波遇到水体时，会产生水击波，这种振动特点是传播速度快，影响范围广。
各类别的应用领域及市场潜力：•炸药爆炸产生的振动：主要用于矿山开采，是矿山爆破振动研究的主要对象。
•岩石破裂产生的振动：在地震预测、岩石力学等领域有广泛应用。
•水击波振动：在水利工程、海洋工程等领域有重要应用。
3. 行业/领域与其他相关领域的交叉与融合矿山爆破振动与地震效应评价与监控研究，与其他相关领域的交叉与融合日益明显。
例如，在岩石力学领域，爆破振动的研究可以为岩石破裂的预测提供理论依据；在地震预测领域，对矿山爆破振动的监测可以为地震预警提供参考；在信息技术领域，新的监测技术如物联网、大数据等，可以为矿山爆破振动的实时监控提供支持。
边坡爆破振动高程效应的实验分析与研究
第２ ｏ卷第 ４期 ２０ ０ ６年 ｌ ２月
茵毛童 唐
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Ｖｏ ．０， ． １ Ｎｏ ４ ２ Ｄｅ ．２ ０ ｃ Ｏ ６
文 章编号 ：０５２１（ ０） —０００ １０－７２ ０６ ４０１－４ ２ ０ －
高程影响因素的权重相对较大 。同时 ， 通过对测试数据 回归分析发现 ， 地震波 能量不仅随着高程的降低而减小 ， 而且
还受到边坡地形的影响， 在变坡点处地震波发生绕射形成新的震源。 影响爆破地震强度。
关键 词 ： 边坡； 爆破振动； 高程效应 ； 变坡点
中图 分类号 ：Ｄ３．６ Ｔ ４２ Ｔ ２５ ＂： Ｕ ５ ４
的程度 更 为显著 。
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（） ３ ｂ 第 次实验 图２ 第１３ 一 、 次实验各测点振动速度
ｊ 与相应爆心距关系 ，
为 １ ０ ６０ ４５０１６ｍｓ ． ３ 、． ０ 、．９ｃ ／：而在 爆 源 下方 的边坡 ７ ６ 及 下平 台处 ，１ｌ 、６号测 点分 别 距爆 源 ３５７７ ｌ、３ ｌ ．、．、
应每次实验中边坡上 １ 、１ １ 号测点振速 。 ０ １、２ 经过分 析笔者认为地震波经过坡底发生绕射 ，形成了新的
对土体介 质 中边 坡爆破 振 动 的测试 分析 及岩质 边坡 的爆破实 例来对 高程 效应 加 以研 究 。
由于在距 爆源 一定 范 围的近 区域 。竖 直 向的振 速往 往较 水平径 向的大 ， 因此 ， 试验 中测试质 点的振
台阶高度对爆破振动高程效应的影响研究
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爆破地震累积效应理论和应用初步研究
爆破地震累积效应理论在多个领域具有广泛的应用，如：
（1）矿业工程：在矿业工程中，爆破地震的危害较大，可能引发地面塌陷、 山体滑坡等问题。利用爆破地震累积效应理论，可以对采矿活动引发的地震效应 进行预测和控制。 （2）军事工程：在军事工程中，爆破地震的危害同样不容忽 视。利用爆破地震累积效应理论，可以更好地评估工程的安全性和可靠性，保障 军事行动的安全。 （3）
3、爆破地震累积效应理论的发 展状况
目前，爆破地震累积效应理论研究仍存在许多难题，如对地震波传播的精确 模拟、对地质环境复杂性的考虑、对建筑物损伤评估的研究等。尽管如此，该理 论已经取得了一定的进展，如建立了更精确的地震波传播模型，开发了针对不同 地质环境的地震动参数预测方法等。
应用初步研究
1、爆破地震累积效应的应用领 域
1、爆破地震累积效应是一种重要的地震效应，对周围环境和建筑物的影响 较大。因此，应加强对该理论的研究和应用，以降低爆破地震的危害。
2、爆破地震累积效应理论已经取得了一定的进展，但仍存在许多难题需要 解决。未来研究方向应包括完善理论研究方法、提高预测和评估的准确性、加强 抗震设计和加固等方面。
3、相较于其他方法，爆破地震累积效应理论具有较为明显的优势和适用范 围。但是其应用成本较高，需要权衡其利弊和经济性。
（1）局部性：爆破地震的影响范围是局部的，其影响程度和范围与炸药量、 地质环境、建筑物等因素有关。 （2）暂时性：爆破地震的影响是暂时的，随着 时间的推移，地震波的影响会逐渐减弱。 （3）可逆性：在一定条件下，爆破地 震的影响是可逆的，即通过采取有效的措施，可以降低或消除其影响。 （4）不 可逆性：在某些情况下，爆破地震的影响可能是不可逆的，如地质结构的永久性 破坏等。
理论分析
台阶爆破质点振速的高程效应研究
台阶爆破质点振速的高程效应研究万鹏鹏;璩世杰;许文耀;王靖;易巧明【摘要】为了研究台阶爆破振动高程效应,采用NUBOX-6016对露天矿山爆破现场质点振动速度进行长时间监测.通过监测数据的对比分析发现,在正高差地形下,质点振速多表现为先衰减后放大的高程效应,而在负高差地形下,质点振速多表现为先放大后衰减的现象.研究结果表明:正高差边坡在爆破振动载荷作用下产生“鞭梢效应”,使台阶突出部位岩体发生显著的高程放大效应;负高差边坡易使入、反射波叠加发生“坡面效应”,导致振动速度局部放大.地震波的绕射对高程效应产生了重要影响,绕射叠加放大现象跟边坡形状及与爆区的相对位置有关.【期刊名称】《爆破》【年(卷),期】2015(032)002【总页数】5页(P29-32,63)【关键词】爆破振动;边坡;高程效应【作者】万鹏鹏;璩世杰;许文耀;王靖;易巧明【作者单位】北京科技大学土木与环境学院,北京100083;北京科技大学土木与环境学院,北京100083;北京科技大学土木与环境学院,北京100083;北京科技大学土木与环境学院,北京100083;北京科技大学土木与环境学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD235.3随着爆破振动在边坡工程爆破开挖中进一步研究，人们逐步认识到正高差地形的爆破振动高程放大效应，但是根据现场实测数据分析发现:一方面，负高差地形中也出现明显的振动放大效应;另一方面，振动放大效应在两种地形中均是局部出现，放大效应受到边坡岩体完整性、边坡形状、自由面条件等因素的影响。
目前对于边坡高程放大效应的研究较多，但主要集中于现场监测和数值模拟方面［1-5］，对产生高程效应的边坡高度、坡度以及坡面对爆破地震波的响应机理还没有科学的、统一的认知。
鉴于此，本文拟在前人研究成果的基础上，结合司家营铁矿露天采场的工程爆破实际，对高程放大效应的产生机理加以探讨，为高边坡工程的爆破设计与安全监测提供理论依据。
工程爆破中地震效应的分析及预测预报现状
工程爆破中地震效应的分析及预测预报现状
孟彪;赵国强;贾世杰
【期刊名称】《中国新技术新产品》
【年(卷),期】2022()7
【摘要】为进一步探究地震效应的发生机理,明确目前地震效应的监测及预测预报现状,该文通过广泛查阅资料及开展现场振动监测的研究方法,阐述了地震效应产生机理,并结合当下研究现状,对目前振动监测手段、振动波分析手段以及主要的预测预报手段进行分析,对比及试验结果如下。
iSensor三轴智能传感器作为新一代监测仪器具有突出优点;HHT法在振动信号分析方面效果最好;运用神经网络法建立模型进行爆破地震效应的预测具有很大优势。
结论认为,爆破地震效应的防治逐步向智能化方向发展,科技的融入将极大推动地震效应防治手段的革新。
【总页数】4页(P101-104)
【作者】孟彪;赵国强;贾世杰
【作者单位】新疆雪峰科技(集团)股份有限公司;新疆雪峰爆破工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD8;TD3
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震预报中的应用：（三）地震综合效应场函数…5.矿场爆破工程中对地震效应的控制技术分析
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爆破地震高程效应的实验研究周同岭 杨秀甫 翁家杰(中国矿业大学建筑工程学院,徐州,221008) 摘 要 通过对正负高差地形爆破地震效应的实验观测,得出正高差使地震效应增大、负高差使之减小的结论,并对爆破地震波在有高差存在的岩石介质中的传播机理进行了探讨,提出了1个反映高程变化的振速公式。
关键词 爆破地震 波阻抗 高程效应 土岩爆破中,对均匀介质、平坦地形的爆破震动问题已进行了深入研究,并由弹性力学原理推导出了求解质点振速v 的半理论半经验的萨氏公式,即 v =K 〔Q 1 3 R 〕1 Α(1)式中:K 为与介质特性等有关的系数,取K=50～350;Q 为起爆药量,kg ;R 为距爆源中心距离,m ;Α为衰减指数,取Α=1.1～2.2。
对于局部地形对爆破震动的影响,曾有人做过观测,但得到的结果不一,一直存有争议〔1,2〕。
局部地形不论有多么复杂,均可以由高程的变化来近似表达〔3〕。
根据这一观点,对不同地形、不同爆破方式、不同岩性的爆破进行了实验观测,依据实验观测结果对地震波在典型高差地形中的传播机理进行了探讨,提出了1个反映高程效应的爆破振速公式。
1 实验条件及结果 实验选择的测试系统是磁电式测振系统,其组成主要包括3部分:CD 21型传感器、GZ 22型测振仪和记录仪(SC 216光线示波器)。
根据经验,上述测试系统各部分工作频带均可满足不同爆破方式的测试需要。
整个测试系统在实验前进行了标定。
按爆源与测点相对位置的关系,把实验分为两类:负高差地形(图1)和正高差地形(图2)。
图1 负高差地形示意图2 正高差地形示意 首先在花岗岩中,对负高差地形进行了实验观测,其实验条件如表1。
根据现场条 第1作者简介 张家康,64岁,教授。
1960年毕业于北京大学数学力学系,一直从事矿山特殊结构教学与科研工作,现为煤矿提升井塔设计规范编制组负责人。
著有《矿山特殊结构设计》一书,在国内外刊物上发表论文10余篇。
(19970728)1997年 12月M I N E CON STRU CT I ON T ECHNOLO GYD ec . 1997第18卷 增刊建 井 技 术V o l .18 Supp lem ent件,只对质点垂直振速作了测试,测试结果及与各测点对应的无高差(平坦地形)时的振速v0如表2。
此外,为了比较,在同爆区还进行了平坦地形的实验(孔深1.1m,药量2kg),测试结果见表3。
表1 实验条件组 别测点数岩 性爆破方式等效药量t时 标s走纸速mm s-1衰 减A3f=12～14硐室36.40.015003B3f=12～14硐室69.30.0150010C2f=12～14深孔1.40.015003表2 负高差地形测试结果组 别测点数水平距 m高差 m实测v m ax c m s-1平坦地形v0 c m s-1 1183351.012.97A2178351.353.12 3150332.504.231238151.032.73 B2233151.122.83 321011-4.23C 1218318334370.660.180.430.43表3 平坦地形测试结果测试项目水平距离 m5.58.613.223.535.0实测最大振速v m ax c m s-15.871.251.250.470.15 由表3,用最小二乘法可以求得萨氏公式(即平坦地形)中的K=62.17,Α=1.78。
在均匀介质中,小药量试验确定的K,Α规律性较好。
根据爆破模拟的相似准则,表2中各测点对应的、无高差时的振速可由上述K,Α值代入萨氏公式求出(表2中平坦地形v0)。
由表2看出,负高差对振速的影响很明显,由萨氏公式求得的垂直振速(由于K,Α是实测的,故求得振速可理解为无高差时的实测值)一般均大于实测值(有负高差存在时)。
在正高差地形下爆破地震效应的实测是在石灰岩采石场中进行的(其地形如图2),小炮确定的K=159,Α=1.8,其实验条件如表4。
测量结果以及与各测点相对应的无高差(平坦地形)的振速v0见表5。
表4 实验条件组 别测点数岩 性爆破方式单孔药量 kg 时 标s走纸速mm s-1衰 减D13f=6～8扩壶1.50.0155000.3D23f=6～8扩壶2.00.0155001.023建 井 技 术1997年第18卷表5 正高差地形测试结果组 别测点序号距爆心水平距 m与爆心高差 m实测v m ax c m s -1平坦地形v 0 c m s -1119.03.11.241.0D 1219.46.01.600.99320.110.42.260.93112.511.83.542.54D 2213.015.15.352.40313.816.55.712.302 结果分析,总是假设地球介质是均匀的和各向同性的,炸药是在无限或半无限弹性体中爆破。
实际上,就地壳而言,由于成岩的原因不同(靠地表一般沉积岩居多)、风雨的剥离和侵蚀,宏观上形成了一系列波阻抗的不连续面(由深及表,波阻抗逐渐减小),当地震波传播到这些不连续面时,将产生折反射和叠加。
2.1 单界面折、反射 如图3,设入射波为纵波,Y 轴两侧介质波阻抗为Θ1C P 1,Θ2C P 2。
入射波到达Y 面,将产生反射纵波、反射横波、折射纵波、折射横波。
它们之间有如下关系: (1)入射角、反射角、折射角遵循Shnell 定律,即sin Α1C P 1=sin Α2C P 1=Sin Β2C S 1=sin Α3C P 2=sin Β3C S 2(2)式中:Αi (i =1,2,3)为纵波的入射、反射、折射角;Βj (j =2,3)为横波的反射、折射角;C P 1,C S 1为介质 中P ,S 波速;C P 2,C S 2为介质 中P ,S 波速。
图3 P 波在单界面折反射示意 (2)各波位移幅值应满足下列方程(设传播方向为正),即 (A 1-A 2)co s Α1+A 3sin Β2-A 4co s Α3-A 5sin Β3=0(A 1+A 2)sin Α1+A 3co s Β2-A 4sin Α3+A 5co s Β3=0(A 1+A 2)C P 1co s2Β2-A 3C S 1-sin2Β2-A 4C P 2Θ2Θ1co s2Β3-A 5C S 2Θ2Θ1sin2Β3ΘC 2S 1[(A 1-A 2)sin2Α1-A3C P 1C P 2co s Β2]-Θ2C 2S 2[A 4-C P 1C P 2sin2Α3-A 5C P 1C S 2co s Β3]=0(3)式中:A i (i =1,…,5)为位移幅值;Θ1,Θ2为介质密度。
由上述方程可求得用入射波位移表示的反、折射波位移。
下面讨论正入射这一特殊情况。
正入射时,入射角等角度均为零,A 3=A 5=0,即无横波产生,反射应力Ρf 、折射应力Ρz 与入射应力Ρr 之比为 Ρf r =A 2A 1Θ2C P 2-Θ1C P 1Θ2C P 2+Θ1C P 1Ρz Ρr =A 4A1Θ2C P 2Θ1C P 1=2Θ2C P 2Θ2C P 2+Θ1C P 1(4)33增刊周同岭等:爆破地震高程效应的实验研究 若规定入射压缩波应力及其内质点速度为正,利用应力与波阻抗、质点振速之间关系Ρ=ΘC v(v为质点振速),代入式(4)可导出下列关系,即 v fv r=Θ1C P1-Θ2C P2Θ1C P1+Θ2C P2v zv r=2Θ1C P1Θ1C P1+Θ2C P2(5) 若入射波为压缩波,由式(5)可得出如下结论: (1)若Θ2C P2<Θ1C P1,反射波应力为负,质点振速为正,,质点运动方向与入射波质点运动方向相同,而与反射波方向相反,此时,v z>v r。
若Θ2C P2=0 (即自由面),则有 Ρf=Ρr,v f=v r,Ρz=0,v z=2v r(6)即此时自由面上应力为零,质点振速为入射波速的2倍。
(2)若阻抗匹配,即Θ2C P2=Θ1C P1,此时无反射,则 Ρf=0,v f=0,Ρz=Ρr,v z=v r(7) (3)若Θ2C P2>Θ1C P1,反射波应力为正,而质点速度为负,说明质点运动方向与入射波质点运动方向相反。
若Θ2C P2=∞,则 Ρf=Ρr,v f=-v r,Ρz=2Ρr,v z=0(8)即刚体表面质点振速为零,应力为入射应力的2倍。
2.2 界面群折射叠加 地震波长一般为70～100m,频率为几～几10H z。
当介质层很厚,远大于波长Κ时,该层上下界面的折、反射波不会产生叠加(地震波垂直通过该地层的来回时间Σ远大于地震波周期T),反之若地层薄,上下层面的波动将会产生干涉(图4)。
设入射波P0是简谐波,则 U P0(Z)=A P0e2Πf i(t-Z C1)(9)式中:U P0(Z)为质点位移;A P0为波幅;f为频率;t为时间。
当P0入射到R1面,产生折射波P1;P1图4 界面群折射叠加示意生折反射波P4,P5;P5在R2面又产生折反射波P6,P7;余者类推。
折射波的质点位移可表达为 U P1(Z)=A P1e2Πf i(t+Z C2)(10) U P2(Z)=A P2e2Πf i(t+2∃h C2+Z C3)(11) U P6(Z)=A P6e2Πf i(t+Z C3-2∃h C2)(12) 当正入射时,将会产生叠加,即 U正=U P2+U P6+U P10+ (13) 式(13)取导数后表达的即为质点振速的叠加关系。
2.3 正、负高差地形地震波的作用机理 根据波动理论,近地表的爆破地震波主要是由P,S波在自由面的反射叠加而成的R波群,它们携带的能量比P,S波大。
对负高差地形,为讨论方便,简化成图5。
图5 负高差地形简化 影响R波对测区作用的因素有两个: (1)自由面的存在。
P波首先绕射到测区,在测点附近形成很低的应力场。
由P,S 波激起的R波(其特点是沿地表传播)在传播时,受到自由面的拦截而产生反射,向斜下方向传播,部分绕过b点到达测区,但此时能量已大为降低。
测点处应力场的降低程度与高差H是紧密相关的。
H越大,被反射的能43建 井 技 术1997年第18卷量越多,当H大于3R时,会有绝大部分能量被反射。
(2)界面及界面群的存在。
如前所述,地壳由表及深波阻渐增(即单界面分析中Θ1C2 >Θ2C1的情况),折射波引起的质点振速随高差增大而降低(界面群的叠加特性)。
对正高差地形的“放大”作用,主要是界面群的影响。
由式(5)中第2式可以看出,当地层阻抗由深及表减小时(相当于Θ1C1>Θ2C2),折射波引起质点的振动速度v z>v t,根据界面群折射波的叠加特性,v z随高差H的增大而增大。