基于高程放大效应的爆破振动风险识别程序开发研究

为解决地形起伏大、高耸建构筑背景下爆破振动沿高程放大的风险隐患问题,通过研究高程放大效应的振动波衰减预测模型,利用Matlab开发爆破振动风险识别程序,导入试爆振动峰值监测数据,可有效识别后续爆破的振动危险工况,同时可用于指导项目爆破设计的优化。邻近建构筑高边坡路堑爆破、环境敏感区场坪爆破的工程实践表明,程序定量化分析的结论与数值模拟分析结论高度一致,在工程实践中取得了良好的应用效果。结果表明,本程序可实现高耸建构筑下的爆破振动风险识别和控制爆破的优化,满足现场施工的实际需要,对于项目工程一线爆破安全体系的建立具有积极作用。

考虑高程放大效应的爆破振速预测研究

为解决现有爆破振速预测公式不能全面反映高程放大效应影响的问题,通过对爆破振动高程放大效应的理论研究,系统的分析了影响爆破振动高程放大效应的诸多因素,运用IAHP(改进层次分析法)求得方案层各影响因素的组合权重。基于量纲分析,引入高程、坡度计算指标,得到了考虑高程放大效应的修正公式;采用多元线性回归方法,对其及常用的经验公式进行拟合对比分析,结果表明考虑高程放大效应的修正公式预测精度更高,在径向、切向、垂向上预测值与实测值之间的平均相对误差分别为13.790%、15.046%、12.482%,均低于其他经验公式。研究结果对非平坦环境下爆破振速的预测提供了更为可靠的结果,对类似地形起伏较大环境下爆破振动控制有一定的参考价值。

单面边坡高程放大效应的射线理论解

利用平面射线理论和方法,推导出单面边坡地震的高程放大效应理论解,可用于描述边坡临空面对地震波的反射,反映边坡的高程放大效应.边坡的高程放大效应是由于边坡自由面的反射作用形成的;动弹性模量、泊松比、坡度及入射波频率的综合作用导致高程放大系数稀疏相间、节律变化,入射频率越高,节律性越明显,极值点也越多;自然边坡由于受自由面反射、岩体界面的折反射作用,其值可能远大于坡脚的振动效应.

矿山边坡爆破振动高程放大效应研究

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。

爆破振动高程放大效应的试验研究

采用实体模型进行不同装药参数下的台阶爆破试验,通过分析各测点的振动速度幅值和波形特征来研究爆破地震波传播过程中高程放大效应的存在规律及诱发原因。结果表明,高程放大效应的强度不与装药量正相关,高程放大效应的产生与爆破中心区岩土表面的鼓包运动有关,同一台阶面上不同部位质点的振动速度衰减规律可以用"鞭梢效应"来解释。

露天煤矿台阶边坡爆破振速的高程放大效应研究

露天矿开采过程中,多以大药量抛掷爆破方式破碎岩石,爆破振动对露天矿边坡的安全构成威胁。针对露天矿台阶边坡受爆破振动影响以及爆破振动的高程放大效应问题,结合哈尔乌素露天矿北端帮工程实际,利用数值模拟方法和理论分析方法对高程放大效应进行了研究,并对FLAC3D数值计算结果进行了验证;研究了在背波和迎波2种不同情况下台阶边坡内部、表面质点动力响应情况,最后分析了台阶边坡动力响应机理。研究结果表明:露天矿台阶边坡在爆破振动影响下呈现出高程放大效应,台阶边坡表面和内部质点的峰值振动速度总体呈现随着距离的增加逐渐衰减的趋势;同一台阶质点的振速由边坡表面向内部递减,越靠近边坡表面,质点的振动速度越大;在背波情况下,高程放大效应最显著的在底部台阶,同一台阶质点的高程放大效应由边坡表面向内部减弱;在迎波情况下,高程放大效应最显著的则在顶部台阶,同一台阶质点的高程放大效应未呈现出明显的变化。

高程放大效应对露天采场爆破震动衰减的影响研究

露天采场边坡对爆源不高于坡脚处的爆破震动存在放大作用。通过对露天采场高程放大效应机理分析,认为萨道夫斯基公式难以准确描述采场内爆破震动衰减规律;通过引入高程因素对萨道夫斯基公式进行修正,运用最小二乘法原理进行多元线性回归分析,建立震动衰减模型。对司家营铁矿Ⅱ采场中深孔爆破进行现场监测,验证了高程放大效应的存在。回归计算结果表明,修正的萨道夫斯基公式更具科学性。

基于波动理论的露天采场爆破振动高程放大效应分析

为研究露天采场边坡爆破振动高程放大效应规律,基于波动理论,根据采场边坡建立沟槽模型,分析爆破振动波在采场边坡中的反射叠加和绕射作用;在萨道夫斯基公式基础上,推导出爆破振动速度衰减的修正公式,用工程实测数据进行了验证。结果表明:露天采场边坡的高程放大效应,是爆破振动波在边坡内部反射叠加和绕射的结果;修正公式预测精度更高,更加适合露天采场边坡爆破振动速度的预测。

基于AHP的露天矿爆破高程放大效应研究

在研究露天矿爆破过程中,高程放大效应是不可忽略的重要影响因素。为了了解影响高程放大效应权重,拟从层次分析法的基本理论入手,从地质条件因素、爆源因素、传播途径因素三个方面进行考虑,得出其影响因素权重大小分别为:地质构造>高程差>节理裂隙>岩石性质>单段最大药量>爆心距>总药量>起爆方式>装药结构,相对应的权重值分别为:0.2695、0.1950、0.1705、0.1100、0.0855、0.0650、0.0494、0.0323、0.0228。针对现场实测数据进行分析,当高程差达到36 m时三向振速峰值均发生高程放大效应;由于+1264平盘以上岩石发育程度较高,在高程差达到36 m时振速下降仍然较快,并未发生高程放大效应,进一步证实了地质条件在爆破振动高程放大效应中的重要作用。

坡面角对爆破高程放大效应影响的数值模拟分析

为了研究不同坡面角度对边坡高程放大效应的影响,利用数值模拟软件,建立不同坡面角度的边坡实体模型,分析得出坡面角度与高程放大效应之间的关系。随着台阶坡面角度的不断增大,台阶坡顶和其下方测点竖直振速峰值均呈现逐渐减小的趋势。当台阶坡面角度为30°或40°时,台阶的高程放大系数最大,其余角度下,高程放大系数相差不多,均维持在1.4左右。坡面角度不断增大的过程中,倾斜因子数值不断变小,这是导致坡顶竖直振速峰值不断减小的根本原因。

环境敏感区凿岩爆破风险控制关键技术研究

为解决环境敏感区丹江小三峡特大桥3、4#桥基场平爆破施工难题,研究采用理论计算、试验分析等方式,探究了现场凿岩爆破危险因素的影响,并进一步提出了控制措施。研究结果表明,在景区溶洞及邻近水源保护的敏感环境下,爆破振动与抛掷飞石依旧是爆破作业的主要风险因素,通过采取数码雷管布设孔内分段延时爆破、机械辅助调整抛掷作业面,可有效降低爆破风险因素影响;同时,现场应加强场内弃渣、警戒公告等施工组织管理,避免爆渣污染丹江口水源、景区及航运流动人群受扰动等情况发生。研究从风险分析、设计优化、施工管理等方面总结形成了环境敏感区凿岩爆破风险控制关键技术,为类似环境项目提供施工借鉴。

高程对某露天矿边坡爆破振动传播规律的影响

以马钢集团某露天铁矿为例,从爆破振动影响下边坡稳定性控制及周边建(构)筑物等的安全出发,采用爆破振动现场测试方法,开展了高程因素影响下爆破振动传播规律试验研究;采用量纲分析提出了萨道夫斯基修正公式。研究结果表明:随着高程差的增加,爆破振动速度在台阶部位岩体上存在"鞭梢效应",即表现出高程放大效应;爆破振动速度放大系数随测点至爆源水平距离的增加呈现出衰减规律,且放大系数在水平距离300 m范围内较为明显;爆破振动速度随高程差的增加以衰减为主,高程放大效应随高程差的增加而逐渐增大,且高程放大系数在高程差200 m范围内增长迅速,500 m后趋于稳定;高程差的存在增大了爆破振动危害。采用修正的萨道夫斯基公式提高了矿山边坡爆破振动速度预测的精确性,对于采场边坡及周边设施的安全控制具有指导意义。

基于PEMD的露天边坡不同高程爆破振动信号频谱特征研究

为了更好地研究边坡爆破振动信号的频谱特征分布,结合露天边坡爆破振动试验分析,利用正交经验模态分解方法(Principal Empirical Mode Decomposition,PEMD)剔除了振动信号中的噪声,对不同高程的边坡爆破振动信号频谱特征进行了研究。结果表明:①节理裂隙发育边坡在当前起爆方式下,爆破振动信号能量的优势频段为10~100 Hz,其频段内的能量占总能量的64.2%~88.0%;②同一高程不同振动方向的爆破振动信号中,径向峰值振动速度最大,主振频段内集中的振动能量最大;③在边坡特定高程处,爆破振动信号不同频率成分存在选择放大或衰减效应,且不同振动方向能量的放大与衰减程度并不相同;④随着高程的增加,爆破振动信号的峰值瞬时能量表现为先增大后减小,在边坡出现高程放大效应处达到最大。

抗滑桩爆破开挖引起多台阶顺层岩质边坡振动响应分析

为了研究临近抗滑桩施工爆破引起多台阶顺层边坡的振动响应规律,结合巫镇高速公路边坡工程,联合LS-DYNA和FLAC3D软件建立了抗滑桩爆破模型和多台阶顺层岩质边坡动力计算模型,分析了抗滑桩施工爆破荷载特征及其引起多台阶顺层边坡振动速度变化规律。结果表明,抗滑桩施工爆破最大荷载具有水平向小、竖向大的特点,其引起边坡坡面的振动响应特征表现为①坡体下部水平振速大于竖向振速,坡体上部竖向振速大于水平振速;②多台阶顺层岩质边坡坡面具有高程放大效应,且竖向振速放大率大于水平振速;③多台阶顺层岩质边坡内部具有“趋表放大效应”,坡体不同部位的“趋表放大效应”特征显著不同;④坡面下部水平向振速衰减率大于竖向衰减率,坡面上部竖向衰减率(放大率)大于水平向衰减率,各阶边坡坡脚处振动速度衰减率大于坡顶处衰减率。

岩质深基坑爆破振动放大效应测试研究

为分析岩石深基坑爆破振动沿基坑边坡的传播规律,研究基坑坡顶不同位置处的高程放大效应,以嘉晟国际基坑爆破开挖工程及其对邻近瑞达基坑的影响为实例,在瑞达基坑坡顶边缘位置及两基坑坡顶中间位置分别布置两个测点,监测嘉晟基坑不同开挖深度下两个测点的振动效应,对振动测试数据进行回归分析,并结合实际工况对瑞达基坑坡顶边缘位置质点振动速度进行模拟。结果表明:一定高差范围内,瑞达基坑坡顶边缘质点振动速度峰值与主频随高差增加逐渐增大,超出一定高差范围后则逐渐衰减,利用现场实测与数值模拟数据对基坑边坡进行分区,爆破振动速度增大与衰减的高差临界值分别为6.21 m,8.36 m;两基坑坡顶中间位置处质点无高程放大效应;考虑高程效应的振动速度预测公式精确度优于传统的萨氏公式。研究结论对今后类似工程具有一定的借鉴意义。

大坝强震动响应参数放大效应研究

强震监测是大坝监测的重要内容,受地形地貌、场地条件和建筑物结构的影响,大坝在强震动条件下会呈现不同的响应特征。选用Seismosignal软件对监测记录数据进行预处理(数据波形错点剔除、基线校正、滤波去噪)和常规处理(数字积分和频谱计算),将处理得到的参数(加速度峰值、振幅谱峰值)与大坝高程进行相关性分析。研究结果表明:(1)随着高程的增加,加速度峰值和傅里叶谱峰值放大系数逐渐增加,具有明显的高程放大效应,坝顶放大效应明显,同时说明强震动引起的高程反应效应随高程的增加而逐渐增加;(2)3个方向上,加速度傅里叶谱幅值主频率主要集中在1.5~6.5 Hz频带范围内,而对其他频带起到滤波作用。研究成果可为大坝安全评价提供参考资料。

交通荷载对双井子堡古城墙振动影响的现场实测与数值分析

由于古建筑结构材料特殊、历史悠久且文化内涵丰富,其在交通振动下的动力响应规律研究成为古建筑安全性研究的重要内容。针对古城墙在道路车辆运行影响下的振动高程效应,以及结构的安全性评估问题,基于多种工况开展振动特性的现场测试和振动高程响应机制的理论分析,结合数值模拟方法,并根据相应的安全判据和允许标准进行了研究。结果表明:道路交通荷载影响下古城墙的振动主频率范围为5~25 Hz,城墙顶部振速大于底部振速,顶部的放大系数范围为1.08~2.21,振动放大效应主要受车辆载荷和行驶速度的影响;随着模拟车辆载荷以及行驶速度的增加,城墙质点峰值速度放大系数fPPV增大,振动放大效应明显,fPPV处在1.02~1.77之间。通过对fPPV增量ACI(Amplification Coefficient Increment)进行分析,表明车辆载荷对振动高程效应的影响程度大于车辆速度;对模拟结果以及现场实测数据进行拟合,发现在交通振动激励下城墙底部和顶部的振速存在一定的线性关系;根据现场实测数据与数值模拟结果,对古土城墙的安全性进行了评估,提出了基于通行车辆交通管理的古土城墙防振、减振措施。

砾岩路堑边坡爆破动力响应特性研究

为研究爆破开挖时砾岩路堑边坡的动力响应特性,以渑淅高速公路路堑爆破开挖工程为依托,在现场监测基础上,结合数值模拟对爆破破岩过程进行了研究。研究结果表明:路基深孔爆破产生的振动速度场、应力场和位移场在边坡坡形变化处产生明显波动,且随爆心距的增加呈现衰减趋势,但衰减速率在逐渐减小;沿边坡坡形变化的不同高程处,垂向和径向质点峰值振速存在高程放大效应;最大主应力在允许范围内,台阶坡脚处不会因为应力集中而造成边坡岩体破坏;以砾岩动抗拉强度作为边坡失稳的极限状态,路堑边坡岩体爆破开挖质点振速安全阈值为24.62 cm/s,后续路基爆破开挖可通过实时监测进行安全控制。

临近爆破处既有建筑物振动响应分析

为揭示爆破对临近建筑结构振动的影响,以临近某隧道出口爆破处一框架结构民房为研究对象,建立了以爆源-岩石-建筑物为整体的三维数值模型,采用对单个炮孔施加爆破振动荷载的方式,研究了不同爆心距和炸药埋深对结构三向振动速度的影响规律。结果表明,随着建筑物高度增加,各工况均存在明显的高程放大效应,其中不同炸药埋深工况下放大倍数为1.94~2.27;随着爆心距的增大,垂直振动峰值速度是径向振动峰值速度的2倍以上。因此,结构各层测点的振动速度不仅受标高因素的影响,还受其他因素的影响。

岩质高边坡开挖施工的爆破振动监测与分析

基于量纲分析理论,分析影响边坡爆破振动速度相关物理量,推导并改进考虑高程因素影响的爆破振动速度预测公式,结合某石油储备基地山体边坡爆破开挖工程实地监测,对比分析改进公式与萨道夫斯基等传统经验公式对振动速度的预测精度。结果表明:改进公式对实测数据拟合的线性相关性为0.87,通过在公式中引入边坡坡度项(H/D)可大幅提高振动速度预测精度,垂直向质点峰值速度(PPVz)及峰值矢量和速度(PVS)预测值的最大相对误差分别为9.3%、12.7%,平均值分别为8.2%、9.8%,该公式用于边坡坡面质点振动速度预报切实、可行;PVS是坡面质点空间各方向振动速度时程信息的综合表征,综合涵盖质点3个方向振动速度分量对建(构)筑物的振动累积、破坏效应,选取PVS作为爆破振动安全控制指标更为合理。