摘要    闡述了同時(shí)采用質(zhì)點(diǎn)振速和頻率兩個(gè)指標(biāo)作為爆玻震動(dòng)安全判據(jù)的必要性、可行性，并介紹了爆破振動(dòng)頻率的計(jì)算公式。

關(guān)鍵詞    爆玻震動(dòng)；振動(dòng)速度；振動(dòng)頻率；安全判據(jù)，爆破安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

火工品爆炸釋放出來的能量以兩種形式表現(xiàn)出來，一種是沖擊波，另一種是爆炸氣體。隨著傳播距離的增大，沖擊波衰減為應(yīng)力波和地震波。地震波引起的（近地表）地面振動(dòng)稱為地震動(dòng)。我國(guó)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-86）規(guī)定：一般建筑物和構(gòu)筑物的爆破地震安全性應(yīng)滿足安全振動(dòng)速度的要求，即現(xiàn)行規(guī)程是用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度表示地震動(dòng)強(qiáng)度的。實(shí)踐表明，這種規(guī)定基本上滿足了工程爆破的要求，使爆破安全距離的確定有法有依。但是，隨著爆破技術(shù)的深入研究，人們也發(fā)現(xiàn)，以單一的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為衡量爆破地震動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)也有許多不妥之處，希望用質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和對(duì)應(yīng)頻率（簡(jiǎn)稱振速和頻率）作為振動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)。美國(guó)、德國(guó)等一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)考慮了振動(dòng)速度對(duì)應(yīng)頻率的綜合影響，將這兩個(gè)指標(biāo)納入爆破震動(dòng)安全判據(jù)中。

1用振速－頻率作為震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的必要性

1.1理論上的必要性

地震動(dòng)是由不同頻率、不同幅值的波動(dòng)在一個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)組合的隨機(jī)過程。地震動(dòng)的峰值（最大振幅）、頻率和持續(xù)時(shí)間被稱為地震動(dòng)的三要素，而最大振幅又與速度、加速度密切相關(guān)，若已知位移、速度和加速度三個(gè)參數(shù)中的任一個(gè)，經(jīng)過積分或微分便可求出另兩個(gè)。故地震動(dòng)的速度、頻率和持續(xù)時(shí)間也是表征地震動(dòng)強(qiáng)度的三個(gè)不可少的參量，特別是前兩項(xiàng)（振速和頻率）更是缺一不可。

1.2工程實(shí)踐上的必要性

結(jié)構(gòu)對(duì)爆破震動(dòng)的反應(yīng)與頻率特性的關(guān)系也十分密切。

（1）當(dāng)建筑物地基輸人的地震動(dòng)的主要周期接近建筑物的自振周期時(shí)，由于共振作用，將產(chǎn)生更大的振動(dòng)，容易引起建筑物的破壞。我們?cè)诒乒こ讨袝r(shí)有發(fā)現(xiàn)，火工品爆炸時(shí)，在其他相同條件下，距爆源近的建筑物未受破壞，而距爆源遠(yuǎn)的卻遭受了破壞，這是因?yàn)榻?、?gòu)筑物種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，爆破類型很多，起爆方式不一，爆破條件和爆破地震波通過的介質(zhì)情況復(fù)雜。在地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度值相同的情況下，建 （構(gòu)）筑物將會(huì)出現(xiàn)不同的振動(dòng)頻率和振動(dòng)持續(xù)時(shí)間。即使相同的建、構(gòu)筑物在振速相同的條件下，不同的振動(dòng)頻率和振動(dòng)持續(xù)時(shí)間，對(duì)建、構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)動(dòng)力影響也是不一 樣的。

(2）在自然地震中，烈度為7～9度時(shí)，地震加速度平均值為0. 075～0. 3g.大部分房屋建筑物遭受破壞。但在如此大的爆破地震動(dòng)作用下．對(duì)一般房屋的影響卻很小，這是因?yàn)橐话惴课莸淖哉裰芷诙嘣?. 2～1. Os （頻率1～5Hz）范圍內(nèi)，而自然地震的加速度的頻率多在2～5Hz之間．很少超過10Hz，二者頻率范圍比較接近，但爆破地震動(dòng)的加速度的頻率大都在10～30Hz，甚至高達(dá)50Hz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般房屋的自振頻率，故不易被破壞。這從另一側(cè)面也說明了振動(dòng)頻率的重要性。

1. 3 從國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)看的必要性

采用速度-頻率作為地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)也是眾望所歸。目前．國(guó)外表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)有位移、速度、加速度和頻率。各國(guó)的規(guī)定有所不同。例如，美國(guó)早期曾采用加速度作為地震動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)，而英國(guó)、葡萄牙、加拿大、瑞典、俄羅斯等國(guó)則采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為地震動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)。但是，由于在爆破震動(dòng)作用下使建（構(gòu)）筑物破壞的主要因素是振速和頻率，僅考慮單一因素是不合理的。因此，一些主要西方國(guó)家在制定爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，普遍考慮了振速和頻率的共同影響。舉例說明如下。

(1）美國(guó)的爆破震動(dòng)安全判據(jù)。根據(jù)對(duì)建筑物的保護(hù)程度不同，不同行業(yè)部門制定了不同的安全判據(jù)。美國(guó)礦業(yè)局（USBM）和露天礦復(fù)墾管理局（OSMRE）分別制定 了各自的標(biāo)準(zhǔn)，將此兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合成以后，成為日前國(guó)際上比較流行的爆破震動(dòng)安全判據(jù) （圖1 ）。

(2）德國(guó)爆破震動(dòng)安全判據(jù)（BRD-DIN4150）。將建筑物分為：①工業(yè)和商業(yè)建筑；②民用建筑；③文物保護(hù)古建筑三種類型，綜合考慮了爆破引起的最大質(zhì)點(diǎn)振速和振動(dòng)頻率的影響，充分反映了不同頻率的爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響，如圖2和表l所示。

1.4 從與國(guó)際接軌角度看的必要性

我國(guó)加入WTO已成定局。在我國(guó)成為WTO成員國(guó)以后，國(guó)外一些大的工程公司 （包括爆破公司）將進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，我國(guó)爆破工作者也將有更多的機(jī)會(huì)走向國(guó)際市場(chǎng)。無疑，在國(guó)際爆破工程競(jìng)標(biāo)中使用國(guó)際流行的先進(jìn)爆破震動(dòng)安全判據(jù)指標(biāo)將有利于中標(biāo)，從這一角度看，亦需要將振功頻率引入我國(guó)爆破震動(dòng)安全判據(jù)中。

2 采用速度－頻率作為震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的可能性

應(yīng)該說，目前我國(guó)具備了以速度-頻率作為震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的基本條件，有可能將二者納入爆破震動(dòng)安全判據(jù)中，主要依據(jù)是：

(1）國(guó)外有眾多國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，特別是美國(guó)、德國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)已執(zhí)行了多年。

(2）國(guó)內(nèi)已有不少單位利用國(guó)際上先進(jìn)儀器進(jìn)行了大量的觀測(cè)，積累了相當(dāng)豐富的資料，例如：美國(guó)NCSC5OOO型電腦控制數(shù)字輸出測(cè)震儀（NOMIS COMPUTER SYSTEM CORPORATION 5000 Portable Microprocessor Based Digitizing Seismograph）主體由固化的電子計(jì)算機(jī)、熱敏打印機(jī)和可充電蓄電池組成；輔體由三維傳感器和噪聲測(cè)試麥克風(fēng)組成?？梢詼y(cè)出質(zhì)點(diǎn)三維振動(dòng)速度及其矢量和、振動(dòng)加速度、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移、振動(dòng)頻率和噪聲強(qiáng)度、噪聲頻率，同時(shí)畫出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與頻率之間的關(guān)系圖和地震波形圖，還能繪出美國(guó)USBM和OSMRE安全判據(jù)圖或DIN4150爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試結(jié)果在爆破后1min由熱敏打印機(jī)打印輸出。NCSC5000型測(cè)震儀使用方便、抗干擾強(qiáng)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度高,是目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行爆破地震測(cè)試的先進(jìn)設(shè)備。

國(guó)內(nèi)已采用上述先進(jìn)儀器分別對(duì)硐室爆破、臺(tái)階爆破、拆除爆破等進(jìn)行了相當(dāng)數(shù)量的觀測(cè)，得到了一批有價(jià)值的資料。

(3）近幾年來，在公安部三局和中國(guó)工程爆破協(xié)會(huì)的主持和組織下，對(duì)全國(guó)工程爆破技術(shù)人員進(jìn)行了系統(tǒng)的培訓(xùn)、考核，整個(gè)行業(yè)的技術(shù)人員素質(zhì)有了顯著的提高，具備了執(zhí)行先進(jìn)的爆破震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)的水平。

3 采用速度－頻率作為震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的具體建議

(1）吸收國(guó)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的有益數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)我國(guó)爆破技術(shù)人員已經(jīng)掌握的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料制定出我國(guó)新《爆破安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，即巖石爆破對(duì)地面建筑物和隧道的爆破震動(dòng)安全判據(jù)可采用地面質(zhì)點(diǎn)振速和主振頻率兩個(gè)指標(biāo)。以主振頻率的不同頻段確定相應(yīng)的振速，其基本形式類似于圖3所示。圖中地面建筑物和隧道類別可以根據(jù)已有資料適當(dāng)增加。

(2）建立常見建（構(gòu)）筑物自振周期表。為防止爆破振動(dòng)頻率與建（構(gòu)）筑物自振頻率相近而引起的共振現(xiàn)象，必須了解建（構(gòu)）筑物的自振頻率或自振周期。表2列出了常見建（構(gòu)）筑 物的自振周期[1]。

(3）爆破振動(dòng)頻率的計(jì)算。目前國(guó)內(nèi)有兩種計(jì)算公式計(jì)算爆破振動(dòng)頻率。

文獻(xiàn)［2］提出用下式計(jì)算爆破地震動(dòng)引起的地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率：

f=（ kfC7/5s./ Q1/3 ) • ( Q1/3 / R)2/5        (1)

式中, kf為頻率系數(shù),kf=0.01～0.03；Cs為巖石的橫波波速,cm/s；Q為相同距離同時(shí)起爆的總藥量， kg；R為測(cè)點(diǎn)至爆源距離， m。

文獻(xiàn)〔3］提出的振動(dòng)頻率計(jì)算公式如下:

f＝k（Q1/3 /logR)1/2    (2)

式中，k為系數(shù),對(duì)于硐室爆破，k=0. 8～5. 0；對(duì)于臺(tái)階爆破，k＝5.0～50；對(duì)于拆除爆破，k＝1.0～10；藥量大時(shí)系數(shù)取小值，反之取大值。上述兩個(gè)公式都是在一定試驗(yàn)條件下獲得的經(jīng)驗(yàn)公式，為計(jì)算爆破振動(dòng)頻率做了有益的探索?？梢栽囉茫珜⑺腥胄隆侗瓢踩?guī)程》中，條件尚不成熟。

4 結(jié)束語

筆者在分析了我國(guó)采用振速-頻率作為震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的必要性與可能性之后，提出了在制定我國(guó)新的統(tǒng)一的《爆破安全規(guī)程》時(shí)，應(yīng)考慮振速與頻率綜合影響的建議，即將振動(dòng)速度和主振頻率兩個(gè)指標(biāo)作為爆破震動(dòng)安全判據(jù)。同時(shí)指出，在目前尚無一個(gè)理想的、被普遍接受的振動(dòng)頻率計(jì)算公式的條件下，根據(jù)我國(guó)已有的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)制定出不同地面建筑物和隧道的保護(hù)對(duì)象所在地的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和對(duì)應(yīng)的頻率，以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)代替計(jì)算公式，這是目前可行的方法。

參考文獻(xiàn)

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摘自《汪旭光院士論文選集》