爆破震动与岩石的损伤
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第9章 爆破安全
爆破安全技术是工程爆破技术重要组成部分，爆破安全技术的发展是与
爆破器材、爆破技术的发展相互渗透、紧密联系而又互相促进的。
主要内容
9.1 爆破振动
：
9.2 爆破飞石
9.3爆破冲击波
爆破安全技术的范畴
• 爆破振动效应 • 爆破冲击波效应
• 爆破飞石
• 爆破有害气体
• 爆破安全施工技术
• 爆破事故预防
• 近距离振动K值较大，可达500以上，α值较大，可取2.0～3.0；远距离爆
破振动，衰减指数K=130～500，α=1.3～2.0。
《爆破安全规程》GB6722-2003
Q V K R
1/ 3
a
爆区不同岩性的K、α值与岩性的关系 岩性 坚硬岩石 中硬岩石 软岩石 K 50~150 150~250 250~350 α 1.3~1.5 1.5~1.8 1.8~2.0
• 一般爆破规模越大，爆破振动频率越低：
– 隧道内小直径浅眼爆破，振动主频一般在100Hz以上，影响范围通常在数十米； – 规模稍大的台阶深孔爆破主振频率大都在30Hz~50Hz，影响范围一般在数百 米内； – 大规模的硐室爆破的主振频率在10Hz左右，其有害影响范围一般在数千米以 内。
•
爆破地震波主频与传播介质特性有关：
萨道夫斯基公式
Q vK R
m
式中： V—为介质质点的震动速度，cm/s； R—为测点至爆心距，m； K、α——与爆破条件、岩石特征等有关的系数； M—药量指数。
关于m药量指数的选取
• 当药包尺寸或同段炮孔的分布范围与测点距离相比当小
（比例尺寸不到1：10）时，可以认为同段爆破药包为点 药包，取m=1/3； • 更近距离范围m趋于1/2，当测点距离与同段药包分散相当 时，取m=1/2。
速度（V）和加速度（a）。 爆破震动波幅值通常用于表述振动强度，振动幅值指标有质点振动位移、振 动速度、振动加速度等。震动加速度可直接反映震动力强弱，而且震动加速 度计体积小、量测方便，因此初始阶段大多以震动加速度来表述震动强度， 但通过一段时间试用和比较，发现以震动加速度指标作岩体结构破坏标准时 分散性很大。
其他公式
• 中科院：
k f Cs Q f 1 Q3 R
5
1 3
• 北科大：
7 2 5
Q3 f k log R
1
1
2
Kf＝0.03～0.05
– 能量系数
k—系数， 硐室爆破k=0.8-5.0 台阶爆破k=1.0-10.0
爆破振动频率的影响因素
大量实测资料表明，爆破地震波主频受爆破类型、装药结 构等多种因素影响。
K、α 值选取
• K、α 值与爆区地形、地质条件和爆破条件都相关，但K值更依赖于爆破 条件的变化，α值主要取决于地形、地质条件的变化。 • 爆破临空条件好，夹制作用小，K值就小，反之K值大；地形平坦，岩体 完整、坚硬，α值趋小，反之破碎、软弱岩体、起伏地形，α值趋大。 • K取值范围大部分在50～1000之内，α取值在1.3～3.0之间。 • 有人建议将近距离振动衰减规律和远距离衰减规律分开考虑，当比例距 离R’≤10，认为是近距离振动，R’ >10 认为是远距离。
爆破震动与天然震动的区别
• 频域的差异：天然地震频率低，一般振动主频在1Hz～ 10Hz，而爆破震动频率较高，一般爆破振动主频在 10Hz～300Hz。 •
时域差异：天然地震振动时间较长，一次振动能持续几
秒至几十秒，而爆破地震持续时间很短，一次振动只有
几十毫秒~几秒。
爆破震动的频率
传播特性：
•随着传播距离的增加，振动主频不断降低；
•
根据Langforse等人的早期研究，认为强度相当的不同岩石产生破坏的临界震 动速度变化范围不大，质点振动速度指标与建（构）筑物的破坏和失稳相关 性最好根据研究，爆破振动峰值速度描述振动强度具有较好的代表性，爆破 振动速度是估计介质（如岩石和钢筋混凝土结构）承受震动破坏等级的最好
标准，它和岩体稳定性有较统一的对应关系。
– 坚硬的岩石中高频振波成份丰富； – 软弱风化岩或土层中传播的地震波高频成份衰减更快；
例如在秦岭特硬完整花岗岩中测得的爆破震动波主频达500Hz以上，而 在深圳梧桐山隧道中风化花岗岩中测得的爆破震动波主频仅64Hz。
爆破震动描述
•
•
爆破振动强度通常用介质质点的运动物理量来描述，包括质点位移（U）、
爆破振动安全允许标准
序 号 1 2 3 保护对象类别 土窑洞、土坯房、毛石房屋 一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物 钢筋混凝土结构房屋 安全允许振速cm/s
＜10Hz
0.5～1.0 2.0～2.5 3.0～4.0
10～50 Hz
0.7～1.2 2.3～2.8 3.5～4.5
50～100Hz
1.1～1.5 2.7～3.0 4.2～5.0
• 抢险和救灾
9.1爆破振动
产生缘由及危害：
• 爆破震动波是由装入地下的药包爆炸产生冲击波后，通过 岩土介质传播到远距离衰减形成的弹性振动波，它一般不 会造成岩石破裂，但仍有可能使岩体内节理、裂隙发生变 形或位移。
复杂性：
• 地震波理论属弹性动力学范畴,由于爆破震动涉入到岩土
介质的传播过程，而岩土介质的复杂性给爆破震动的理论 研究带来了较大困难。
爆破振动一般公式
A KБайду номын сангаас R
m
n
A——反映爆破振动强度的物理量（振动速度 或加速度）； Q——炸药量 ，kg R——测点到爆源中心距离，m m,n——反映不同爆破方式、地质、场地条件
的系数和指数。
美国矿业局的平方根公式
R vK Q
B
式中：V——峰值质点振动速度 （mm/s） Q——单响最大药量 （kg） R——爆源至测点的距离（m） K、B——场地系数，与质条件有关
•高频成份振波有随距离增加衰减速度更快；
•而低频成份振波随距离增加衰减相对较慢。
公式-亨利奇
T=τlogR
T——主震相周期（s）；
f——主震相频率（Hz）；
R——爆源震中至计算点水平距离（m）； τ——经验常数,与岩石特性有关：
坚硬岩石τ=0.01~0.04 土层τ=0.11~0.13
冲积层τ=0.06~0.09
4
5 6 7 8 9
一般石建筑与古迹
爆破安全技术是工程爆破技术重要组成部分，爆破安全技术的发展是与
爆破器材、爆破技术的发展相互渗透、紧密联系而又互相促进的。
主要内容
9.1 爆破振动
：
9.2 爆破飞石
9.3爆破冲击波
爆破安全技术的范畴
• 爆破振动效应 • 爆破冲击波效应
• 爆破飞石
• 爆破有害气体
• 爆破安全施工技术
• 爆破事故预防
• 近距离振动K值较大，可达500以上，α值较大，可取2.0～3.0；远距离爆
破振动，衰减指数K=130～500，α=1.3～2.0。
《爆破安全规程》GB6722-2003
Q V K R
1/ 3
a
爆区不同岩性的K、α值与岩性的关系 岩性 坚硬岩石 中硬岩石 软岩石 K 50~150 150~250 250~350 α 1.3~1.5 1.5~1.8 1.8~2.0
• 一般爆破规模越大，爆破振动频率越低：
– 隧道内小直径浅眼爆破，振动主频一般在100Hz以上，影响范围通常在数十米； – 规模稍大的台阶深孔爆破主振频率大都在30Hz~50Hz，影响范围一般在数百 米内； – 大规模的硐室爆破的主振频率在10Hz左右，其有害影响范围一般在数千米以 内。
•
爆破地震波主频与传播介质特性有关：
萨道夫斯基公式
Q vK R
m
式中： V—为介质质点的震动速度，cm/s； R—为测点至爆心距，m； K、α——与爆破条件、岩石特征等有关的系数； M—药量指数。
关于m药量指数的选取
• 当药包尺寸或同段炮孔的分布范围与测点距离相比当小
（比例尺寸不到1：10）时，可以认为同段爆破药包为点 药包，取m=1/3； • 更近距离范围m趋于1/2，当测点距离与同段药包分散相当 时，取m=1/2。
速度（V）和加速度（a）。 爆破震动波幅值通常用于表述振动强度，振动幅值指标有质点振动位移、振 动速度、振动加速度等。震动加速度可直接反映震动力强弱，而且震动加速 度计体积小、量测方便，因此初始阶段大多以震动加速度来表述震动强度， 但通过一段时间试用和比较，发现以震动加速度指标作岩体结构破坏标准时 分散性很大。
其他公式
• 中科院：
k f Cs Q f 1 Q3 R
5
1 3
• 北科大：
7 2 5
Q3 f k log R
1
1
2
Kf＝0.03～0.05
– 能量系数
k—系数， 硐室爆破k=0.8-5.0 台阶爆破k=1.0-10.0
爆破振动频率的影响因素
大量实测资料表明，爆破地震波主频受爆破类型、装药结 构等多种因素影响。
K、α 值选取
• K、α 值与爆区地形、地质条件和爆破条件都相关，但K值更依赖于爆破 条件的变化，α值主要取决于地形、地质条件的变化。 • 爆破临空条件好，夹制作用小，K值就小，反之K值大；地形平坦，岩体 完整、坚硬，α值趋小，反之破碎、软弱岩体、起伏地形，α值趋大。 • K取值范围大部分在50～1000之内，α取值在1.3～3.0之间。 • 有人建议将近距离振动衰减规律和远距离衰减规律分开考虑，当比例距 离R’≤10，认为是近距离振动，R’ >10 认为是远距离。
爆破震动与天然震动的区别
• 频域的差异：天然地震频率低，一般振动主频在1Hz～ 10Hz，而爆破震动频率较高，一般爆破振动主频在 10Hz～300Hz。 •
时域差异：天然地震振动时间较长，一次振动能持续几
秒至几十秒，而爆破地震持续时间很短，一次振动只有
几十毫秒~几秒。
爆破震动的频率
传播特性：
•随着传播距离的增加，振动主频不断降低；
•
根据Langforse等人的早期研究，认为强度相当的不同岩石产生破坏的临界震 动速度变化范围不大，质点振动速度指标与建（构）筑物的破坏和失稳相关 性最好根据研究，爆破振动峰值速度描述振动强度具有较好的代表性，爆破 振动速度是估计介质（如岩石和钢筋混凝土结构）承受震动破坏等级的最好
标准，它和岩体稳定性有较统一的对应关系。
– 坚硬的岩石中高频振波成份丰富； – 软弱风化岩或土层中传播的地震波高频成份衰减更快；
例如在秦岭特硬完整花岗岩中测得的爆破震动波主频达500Hz以上，而 在深圳梧桐山隧道中风化花岗岩中测得的爆破震动波主频仅64Hz。
爆破震动描述
•
•
爆破振动强度通常用介质质点的运动物理量来描述，包括质点位移（U）、
爆破振动安全允许标准
序 号 1 2 3 保护对象类别 土窑洞、土坯房、毛石房屋 一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物 钢筋混凝土结构房屋 安全允许振速cm/s
＜10Hz
0.5～1.0 2.0～2.5 3.0～4.0
10～50 Hz
0.7～1.2 2.3～2.8 3.5～4.5
50～100Hz
1.1～1.5 2.7～3.0 4.2～5.0
• 抢险和救灾
9.1爆破振动
产生缘由及危害：
• 爆破震动波是由装入地下的药包爆炸产生冲击波后，通过 岩土介质传播到远距离衰减形成的弹性振动波，它一般不 会造成岩石破裂，但仍有可能使岩体内节理、裂隙发生变 形或位移。
复杂性：
• 地震波理论属弹性动力学范畴,由于爆破震动涉入到岩土
介质的传播过程，而岩土介质的复杂性给爆破震动的理论 研究带来了较大困难。
爆破振动一般公式
A KБайду номын сангаас R
m
n
A——反映爆破振动强度的物理量（振动速度 或加速度）； Q——炸药量 ，kg R——测点到爆源中心距离，m m,n——反映不同爆破方式、地质、场地条件
的系数和指数。
美国矿业局的平方根公式
R vK Q
B
式中：V——峰值质点振动速度 （mm/s） Q——单响最大药量 （kg） R——爆源至测点的距离（m） K、B——场地系数，与质条件有关
•高频成份振波有随距离增加衰减速度更快；
•而低频成份振波随距离增加衰减相对较慢。
公式-亨利奇
T=τlogR
T——主震相周期（s）；
f——主震相频率（Hz）；
R——爆源震中至计算点水平距离（m）； τ——经验常数,与岩石特性有关：
坚硬岩石τ=0.01~0.04 土层τ=0.11~0.13
冲积层τ=0.06~0.09
4
5 6 7 8 9
一般石建筑与古迹