爆破地震波传播过程的振动频率衰减规律研究
隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律研究
隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律研究0 引言在隧道掘进爆破作业施工过程中，伴随着爆炸能量的急剧释放并产生爆破地震波。
虽然爆破地震波能量有限，但严重时也会引起传播路径上介质质点的强烈振动，甚至导致邻近建筑物损坏倒塌、边坡滑动以及隧道围岩开裂、冒顶、塌方等问题。
因此，分析围岩在爆破地震波作用下的损伤范围并对爆破振动进行必要的控制是隧道工程施工亟待解决的问题。
解决爆破振动对环境安全的影响，其振动特性主要表现为围岩振动速度的传播衰减规律。
目前对爆破振动传播衰减规律的研究多采用现场实测或数值模拟的方法，由于爆破作用的瞬时性，而且受地形条件复杂、测点布置困难等因素影响，都会使现场实测方法有一定局限性，而相对而言，数值模拟的方法对准确了解围岩各部位的振动特征具有一定优势。
本文对XX沟隧道下穿建筑物施工爆破地震波的传播进行了测试，并基于萨道夫斯基的经验公式，采用BR-Mini软件对现场获取的爆破振动的测试数据进行处理拟合，得出新的振动衰减规律公式，进而计算出该地质条件下，爆破振速满足规范时爆破作业的最大段装药量大小，以指导和反馈爆破设计，解决隧道振动量过大的及保护邻近建筑物安全的问题。
1 理论依据1.1 计算原理国内外大量测试结果表明，在一定的爆破方式和传播介质条件下，药量和测点到爆源的距离对地震动的影响是主要因素，局部地质和土质条件的影响也很明显。
为了研究各影响因素与爆破振动强度之间的关系，需对其进行量化拟合分析。
目前国内外比较认可的预测爆破振动强度经验公式是萨道夫斯基的经验公式。
我国长期以来在爆破振动安全距离与质点振动计算方面也采用该公式，并且己编入《爆破安全规程》（GB6722-2011），并利用最小二乘法对萨道夫斯基经验公式进行修正，其公式是：V=K（Qβ/R）α（1）式中：V――爆破地震对建筑物或构筑物产生的质点垂直振动速度，cm/s；Q――炸药量，齐发爆破时取总装药量，延期爆破时取最大一段装药量，kg；R――从爆破地点药量分布的几何中心至观测点或被保护对象的水平距离，m；β――为药包形状系数，一般取1/3；α――爆破地震随距离衰减系数；K――与地形、地质、爆破方式有关的系数。
地震波在传播过程中频率衰减分析
地震波在传播过程中频率衰减分析作者：张玉亮来源：《中国科技博览》2016年第29期[摘要]引起地震波衰减的因素有很多，从广义上来说，可分为两类。
一类是与地震波传播特性有关的衰减，如球面扩散、与地震波波长有关的介质非均匀性引起的散射以及层状结构地层引起的地震波衰减。
另一类是反映介质内在属性的地层本征衰减。
人们更多地是希望了解岩石本征的衰减，因为这种本质地衰减能表征岩石许多固有的性质和所处的物理条件。
[关键词]地震波频率衰减衰减因子中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0155-01由于地层并非是一种理想的完全弹性介质，地震波在其中传播时会造成的能量衰减和频率衰减，从而对地震资料的分辨率有着很大的影响，分析地震信号在传播过程中传播距离与频率衰减之间的关系有助于了解地震信号的本质特征。
1 理论方法波前扩散当地震波在地下介质中传播时，由于波前面随传播距离的增大不断扩张，但每次展源激发的能量是一定的，因而发生能量的扩散，波前面单位面积的能量密度不断减少，使地震波振幅随传播距离的增大而不断减小，这种现象称为波前扩散。
吸收由介质的非完全弹性性质所引起的地震波振幅衰减现象称为吸收。
有关吸收的机制较复杂，目前还没有完全统一的理论，比较流行的吸收理论是吸收衰减具有指数规律，即：式中：为震源发出的地震波初始振幅，为距震源处的地震波振幅；为吸收系数。
因此，若按均匀介质考虑，包括波前扩散和吸收两因素影响的地震波振幅衰减规律为：这一规律既适用于纵波，又适用于转换横波，仅式中各量的计算不同而已。
按照上面所述的方法原理，结合某一实际的测井曲线，可以求得如图1所示的地震波随传播距离及频率的变化关系。
由上图可以看出，针对同一测井曲线所得的速度曲线，由于地震波频率的变换，地震波的衰减快慢也是不一样的，随着时间的延长以及频率的增大，地震波能量的衰减速率越来越大，在频率较低时，由图可知，在频率小于25Hz时，地震波的能量衰减很慢，传播的0.2s时也仅仅衰减了总能量的20%左右。
论爆破地震波在传播过程中的衰减特性_郭学彬
第15卷第3期 2006年3月中 国 矿 业C HINA MINING MA GAZINEV o l.15,N o.3M arch 2006科苑#聚焦论爆破地震波在传播过程中的衰减特性*郭学彬1肖正学1张继春2刘 泉3(11西南科技大学环境工程学院#绵阳621002;21西南交通大学土木工程学院#成都610031;31四川省交通厅内河设计院#成都610017)摘 要:爆破地震波能量随着传播距离的增加而不断衰减,其衰减程度主要受到传播介质的影响。
以层状岩体为例,从理论上说明爆破地震波沿岩层走向、倾向传播时其强度衰减不同的原因。
对比分析顺层山坡露天矿生产爆破震动效应试验的振动速度实测数据发现,在与爆源距离相同的条件下,爆破地震波在岩层的倾向上的衰减比走向要快,且在爆源距相等时,平行走向的振动速度是垂直走向的115~210倍。
关键词:爆炸力学 衰减特性 爆破振动测试 滑行坡 振动强度中图分类号:T D23511 文献标识码:A 文章编号:1004-4051(2006)03-0051-03ON ATTENUATING CHARACTERISTIC OF BLASTING SEISMIC WAVES IN PROPAGATING PROCESSGuo X uebin 1 Xiao Zheng xue 1 Zhang Jichun 2 L iu Q uan 3(11So uthw est U niversit y of Science and T echno log y #M ianyang 621002;21Southwest Jiaoto ng U niver sity #Cheng du 610031;31Internal R iver Design Inst itute of Sichuan #Cheng du 610017)Abstract:With the spr ead dist ance incr easing ,the energ y of blast earthquake w ave w ill decrease.T he media in w hich it spread mainly decides this process.T ake layer ed ro ck for ex ample,the essay theor et ica-l ly ex plains the r easo n that ear thquake w ave reduced alo ng the creatio n and inclining direction.Co nt rast ansly sis of blast vibr atio n in o pencast show s,under the same blast distance,the earthquake wav e in crea -ting dir ect ion will att enuate mo re quickly t han that in inclining direction.Even t he same blast hole,t he ve -locity par alleling to creating directio n is 115to 2times than that w hen v ertical to cr eat ing dir ection. Key words:Ex plosio n mechanics A ttenuating Cha racteristic Blast v ibratio n test Slip slope V ibra -tio n int ensity*基金项目:四川省教育厅资助项目(编号:2004A129)收稿日期:2005-11-31作者简介:郭学彬 西南科技大学环境与资源工程学院 教授1 前言爆破地震波造成的破坏作用是爆破公害中最重要的问题之一。
隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律研究
隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律研究【摘要】本研究着眼于隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律的研究，通过分析影响振动的因素、建筑物结构的响应以及振动传递路径及传播特性等方面，探讨了不同爆破参数对振动的影响，最终提出了振动衰减规律。
研究认为振动衰减规律的深入研究对于减小爆破对周围建筑物的影响具有重要意义。
通过实验和理论分析，得出了一些结论，并对未来的研究方向提出了展望。
这一研究对于保障建筑物结构的安全，提升隧道建设质量，具有一定的理论指导意义和实践价值。
【关键词】关键词：隧道下穿建筑物、爆破振动、影响因素、建筑物结构、振动响应、传播特性、爆破参数、振动衰减规律、研究结论、展望。
1. 引言1.1 研究背景"隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律研究"是一个涉及地下工程和建筑结构相互影响的重要课题。
随着城市地下空间的不断拓展和建设，隧道施工对周围建筑物的振动影响日益凸显，成为一个备受关注的问题。
在现代城市化进程中，隧道爆破振动对周围建筑物的影响不容忽视，对建筑物结构及居民生活造成的潜在危害需要深入研究。
隧道下穿建筑物爆破振动具有复杂性和不确定性，其影响因素包括爆破参数、隧道深度、地质条件、建筑物结构等多方面因素。
了解这些影响因素及其相互关系，对于准确评估爆破振动对周围建筑物的影响至关重要。
对于隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律进行系统研究，可以为隧道施工安全、建筑物保护提供理论依据。
本研究旨在探讨隧道下穿建筑物爆破振动的影响因素及振动衰减规律，为建立隧道施工中的振动控制策略提供科学依据。
通过对振动传递路径、传播特性、建筑物结构响应等进行分析，揭示隧道施工对周围建筑物振动影响的机理及规律，为城市地下工程施工提供技术支持和保障。
"1.2 研究目的研究目的是通过对隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律的研究，深入了解振动传递路径、传播特性，以及不同爆破参数对振动的影响。
通过分析建筑物结构对振动的响应，探讨振动衰减规律，为减少爆破活动对周围建筑物造成的损害提供科学依据。
露天台阶爆破震动衰减规律的试验研究
露天台阶爆破震动衰减规律的试验研究露天爆破开挖引起的爆破振动是影响矿山环境安全问题之一,随着近年来社会对环境安全的重视程度增加,迫使矿山企业提高技术解决这一问题。
爆破振动不仅会造成炸药能量不必要的浪费,还会影响边坡或建构物的稳定性,威胁到矿山企业的发展。
而就爆破振动本身而言,存在着瞬时性、突变性以及介质结构的复杂性,这使得爆破振动的分析研究困难重重。
为此本文以爆破振动监测作为主要手段,对爆破振动效应进行监测,并从多因素对大孤山铁矿的爆破振动情况进行分析研究,以期在减小爆破振动效应的同时,提高炸药能量利用率。
本文从大孤山铁矿生产爆破过程中爆破振动监测出发,针对三种破碎质量不好的典型岩石的爆破情况进行研究分析。
在借鉴前人研究的基础上,从理论上对地震波的产生、传播过程进行阐述,并提出降低振动效应的措施。
通过爆区现场调研与对典型岩种现场取样,钻取岩心进行室内的岩石静态试验和霍普金森压杆动态力学试验,通过获得力学性质指标确定三种岩石爆破的破碎特性。
基于振动监测方案设计,对三种岩种爆区的爆破过程进行振动监测,监测得到不同岩种相同距离监测点的振动情况。
从波速幅值、能量等角度对爆破振动衰减情况进行分析,并得到三种岩石的振动衰减公式。
结合爆破振动信号处理技术HHT方法对数据进行处理,得到不同岩种的IMF分量、瞬时能量谱和三维能量谱,分析不同岩种的能量衰减变化情况。
主要的一些结论为:(1)爆破振动衰减规律与岩种的性质有直接关系,不同岩种的衰减规律表现出不同的衰减梯度,垂直方向的峰值速度大于其它两个方向的峰值速度,其衰减程度也相对较大。
瞬时能量的衰减也表现出与速度具有相同的趋势。
炸药量大小、爆速大小对振动能量的分布影响也较大。
(2)利用HHT分析方法得到三种岩石在不同位置处的各IMF分量、三维能量谱、瞬时能量谱,较直观地表现出不同位置处的能量分布特征,揭示了不同岩石对地震波应力响应特征及不同的传播规律。
(3)通过在30m处对三种岩石地震波波速进行监测,并对三种岩石的波速和能量进行分析对比,得到磁铁石英岩和花岗岩的炸药能量利用率较低,混合岩的利用率最高。
爆破振动衰减规律的现场试验研究
第２ ４卷
第３ 期
爆
破
Ｖｏ ． Ｎｏ． １２４ ３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ２０ ０ ７年 ９月
ＢＬＡＳ Ｉ Ｔ ＮＧ
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文章 编号 ： ０ — ８Ｘ（０７０ — １７ ０ １ １ ４７ ２０ ）３ ００ — ３ ０
爆 破 振 动 衰 减 规 律 的 现 场 试 验 研 究
限 制 ， 而使 爆 破 地 震 波 的预 测 、 报 更加 符合 实 际 。 从 预
关键词 ： 爆破 振动 ； 质点速度 ； 衰减规律 ； 振 动控 制 中图分类号 ： Ｏ３ ２ ２ ８ 、 文献标识码 ： Ａ
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅ Ａｔｅ ｕ ｔｏ ｗ ｆＢｌ ｓｉ ｂ ａ ｉ ｎ ｐ ｒ ｍ ｎ ａ ｌ Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ｔ ｎ ａ ｉ ｎ Ｌａ ｏ ａ ｔ ｙ ｎｇ Ｖｉ ｒ ｔ ｏ
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Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔ ｅｃ ｎ ｉｏ ｓｏ ｌｓ ｎ ｎ ａ ｄｏｍ ａ ｅａｔ ｍｅ ｄ ｕ ｎｌｅ ｃ ｎ ｔｅｖ ｌｅｏ ａ ｄＯ ｏ ｉｓ ｔａ ｔ ｈ ｏ ｄｔ ｎ ｆｂａｔ ｇａ ｄｌｎ ｆｒ ｌ ｖ ｅ ｎ ｏ ｓｉｉ ｎ ｅｏ ｈ ａｕ ｆ ｉ ｉ ｌ ｒ ｕ Ｋ ｎ ／ ｆ ａ— ｂ
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在重复爆破作用下爆破地震波传播衰减规律数值模拟研究
在重复爆破作用下爆破地震波传播衰减规律数值模拟研究赵禹
【期刊名称】《洛阳理工学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(028)001
【摘要】本文以蒙华铁路段家坪隧道爆破施工为背景,运用ANSYS/LS-DYNA数值软件完全重启动技术建立可重复爆破的三维隧道模型,探究了基于数值模型的爆破地震波传播衰减规律,并与现场测试结果进行对比,揭示基于工程实际的多次爆破条件下的爆破地震波传播衰减规律.研究成果为重复爆破作用下岩石中地震波传播规律提供参考,为类似工程爆破振动控制和振动安全评价提供理论与试验参考.【总页数】5页(P29-33)
【作者】赵禹
【作者单位】河南理工大学土木工程学院,河南焦作454000
【正文语种】中文
【中图分类】TU45
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大连湾基床爆夯陆域振动衰减规律研究
大连湾基床爆夯陆域振动衰减规律研究摘要：本文通过对大连湾基床爆夯的监测，论述了海上爆破时地震波的传播规律，以及介质中含有饱和水时，地震波衰减规律的反演。
关键词：爆破振动；饱和水；衰减规律1.简述爆破技术在矿山、水电、铁道、公路、建筑等行业的应用日益广泛，作为爆破三大危害之一的爆破地震问题一直备受关注，它始终是爆破安全技术的主要研究问题之一。
由于炸药爆炸时，同时在周围介质中诱发了振动，并通过大地向周围传播, 给附近建筑物带来破坏效应及影响。
因此，正确地认识爆破地震强度及相关影响因素，了解振动的衰减规律，进而采取相应的减震措施减少爆破地震对周围建筑的破坏，显得至关重要。
2.地震效应地震效应是地震波通过地层介质传播引起地表或地下结果质点运动进而使建筑物、边坡、堤坝等发生破坏的现象与后果。
其程度一般用地震波的振动强度、频率、持续时间来表征。
爆破振动有害效应对周围建筑物的破坏程度是由爆破振动产生的物理量作为标准来衡量的，例如爆破振动质点速度和加速度。
在工程上一般用质点振动速度这个物理量来判断爆破振动对被保护对象的破坏程度。
在实践中，要控制爆破振动有害效应的影响，使保护对象不受破坏，就要通过实验对爆破质点振动速度进行预测，使之不超过规定的安全振速，即通常所说的爆破振动安全判据。
影响爆破振动质点振速的大小主要有两个方面：一是爆区使用的单项药量；二是测点至爆心的距离。
除此之外，还与岩土性质及场地条件等因素密切相关。
目前我国所应用的质点振速衰减经验公式一般是萨道夫斯基经验公式，即：（1）式中:V—爆破振动质点振速，cm/s；K—与介质特征、爆破方式和条件有关的系数，由实验测定；—地震波衰减指数，由实验测定；—药量指数，一般取1/3或1/2；—一次白破最大药量，kg。
由以上公式可以看出，振动速度与成正比，与成反比,且振速与K有关。
但当介质中含有饱和水的时候，K值有待进一步确定。
3.现场测试3.1测试方案在大连港老港区搬迁改造大连湾杂货及滚装泊位扩建工程中，采用了爆破夯实的技术，本文分析了在不同装药量下，海上爆破对陆地建筑物造成的影响，分析了地震波的衰减规律。
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爆破地震波传播过程的振动频率衰减规律研究
摘要：爆破振动频率的研究是爆破振动危害控制技术发展的重要基础。
基于引
入介质阻尼项建立的黏性岩体爆破振动频谱表达式，数值模拟分析球状药包、柱
状药包爆破振动主频和平均频率的衰减机制和规律。
结果表明：无论是球状药包
还是柱状药包，由于爆破地震波频谱曲线的多峰结构和高低频衰减速度的差异，
其爆破振动主频随爆心距的增大并非严格的衰减，在衰减过程中出现局部突变或
者波动，而爆破振动平均频率则随爆心距规则地衰减。
关键词：数值模拟；爆破振动；振动主频；平均频率；频谱曲线；衰减规律
一、爆破振动主频的衰减
1.球状药包
基于弹性介质中球形空腔激发的弹性波理论解，引入介质阻尼项，获得了黏
性岩体中爆破振动速度谱表达式Fn（ω）
其中，
式中：λ，μ为拉梅系数；CP为纵波速度；Qr为岩石的地质品质因子；re为
弹性空腔半径；Sσ（jω）为弹性空腔内的荷载谱；ω为角频率；r为爆心距。
在
弹性空腔作用三角形爆破荷载，其爆破荷载谱为
式中：σmax为爆破荷载的峰值；τ为荷载作用持续时间；ae=τ1/τ；be=τ2/τ；τ1，τ2分别为荷载上升时间及荷载从峰值下降为零的时间。
本节利用振动速度谱Fn（ω）通过数值计算分析球状药包主频fd随爆心距r
的衰减规律。
采用的计算参数为：σmax=50MPa，Cp=5000m/s，ρ=2700kg/m3，
re=2.0m，ae=0.25，be=0.75，τ=10ms，泊松比ν=0.25。
岩体在考虑阻尼条件
（Qr=12）下得到黏性岩体的fd随爆心距r的变化曲线如图1所示。
图1球状药包fd-r曲线
结合式（1）可知，黏性岩体（Qr=12）有高频滤波特性，fd不仅随r的增大
而衰减，且在r=72m处发生了突变。
为揭示球状药包爆破振动主频的突变机制，
本节对不同爆心距爆破振动频谱曲线分布及其演化规律分析，随r增大，高频衰
减快，低频衰减慢，频谱曲线由以主频为对称轴的三峰结构变成主频位于低频带
的单峰结构。
随爆心距的增大，在频谱曲线结构变化过程中，位于中部频带的主
频对应的速度幅值逐渐降低，位于低频带的第二主频对应的速度幅值逐渐增大。
在爆心距72m处主频对应的速度幅值和位于低频带的第二主频对应的速度幅值相同，此时fd发生了突变，主频由中部频带跃至低频带，导致fd与r的关系曲线
不连续。
采用主频突变的爆心距为断点的分段函数对fd随r的衰减进行函数拟合，能准确地反映主频的衰减规律，在特定爆心距范围内主频平稳衰减。
爆破振动主频fd随爆心距r的衰减规律随r增大，fd整体呈下降趋势，在爆
心距50m范围内fd随r下降速度较快，而在50m范围外fd下降缓慢。
fd随r的
衰减曲线形状和走势均与理论分析结果相似，因此得以验证球状药包的理论分析
结论的正确性。
2.柱状药包
柱状药包激发的爆轰波传播过程中存在非线性波动问题，无法获得其诱发爆
破地震波的频域理论解，因此本文基于LS-DYNA动力有限元软件模拟其爆破振动
频率的衰减规律。
针对单孔爆破，岩体为半径130m、高20m的1/4柱体，其中
炮孔深度9m，孔径150mm，装药直径130mm，堵塞段2.0m，轴向连续装药。
计算中炸药参数及岩体参数取值与球状药包数值模拟取值相同。
而柱状药包采用径向不耦合装药结构，因此模型中空气采用MAT_NULL材料实现，同时结合下式的多线性方程描述空气的作用：
式中：C0=C1=C2=C3=C6=0；C4=C5=0.4；μ=ρ/ρ0，ρ，ρ0
分别为初始与当前的材料密度；e为空气初始比内能。
对数值模拟的爆破振动数据分析，爆破振动主频fd随爆心距r的衰减曲线，随r增大，fd整体呈下降趋势，在r=40m处有明显波动。
为分析柱状药包爆破振动主频波动原因，对主频发生波动的测点及附近测点的爆破振动频谱曲线分析。
在爆心距20m范围内频谱曲线为主频位于高频带的单峰结构；在30～50m范围内，岩体高频滤波特性导致了高低频成分衰减速度的差异，频谱曲线由单峰结构变为三峰结构，且3个速度幅值峰值差异不大，因频谱曲线在结构变化过程中不稳定，fd在该爆心距范围内由高频带移至中部频带又突变至高频带，fd随r的衰减出现波动；在60～120m 范围内，频谱曲线由多峰结构变为主频位于低频带的单峰结构。
由于频谱曲线的多峰结构和高低频衰减速度的差异双重因素的影响，fd在衰减过程中并非稳定衰减，会发生局部的波动。
二、爆破振动平均频率的衰减
爆破振动主频随爆心距的衰减存在局部突变或者波动，不利于分析爆破振动频率的整体规律；同时考虑到爆破地震波实际传播过程的连续性且为更好地分析地震波信号频率的成分，本节引入平均频率研究其衰减规律。
1.球状药包
利用计算得到的振动速度谱Fn（ω）以及数值模拟结果综合分析球状药包平均频率fc随爆心距r的衰减规律。
随r增大，由于岩体地质的高频滤波特性，频谱曲线整体向低频区域偏移，平均频率能良好地反映频谱曲线偏移速度和特性，整体呈均匀下降，无突变。
2.柱状药包
利用数值模拟结果计算柱状药包爆破振动平均频率fc，研究其随爆心距r的变化规律。
随r增大，频谱曲线的高频衰减快，低频衰减慢，fc准确地反映了频谱曲线的变化趋势，所有测点fc随r规则衰减，无局部波动现象。
由以上分析可知，爆破振动频谱曲线的多峰结构和高低频成分衰减速度的差异导致主频的衰减过程中会出现突变或者波动，对爆破振动频率的整体分布的研究造成一定的困难；而爆破振动平均频率的衰减规律较主频更有规律，利用反幂函数拟合相关系数接近1，表明两者存在显著的相关关系。
结论
（1）由于地质的高频滤波特性，随爆心距增大，高频成分衰减快，低频成分衰减慢，导致爆破振动频谱曲线整体向低频区域偏移。
爆破振动频谱曲线由主频位于高频带的单峰结构转变为以主频为对称轴的三峰结构，最终变成位于低频带的单峰结构。
（2）在频谱曲线的多峰结构和高低频衰减速度差异的共同影响下，随爆心距增大，爆破振动主频整体呈衰减趋势，但在传播过程中出现局部突变或波动，致使主频衰减经验公式拟合的离散。
（3）因爆破振动主频随爆心距的衰减不利于研究爆破振动频率的整体规律，引入由频谱曲线计算得到的爆破振动平均频率，平均频率能准确地反映频谱曲线的偏移特性，随爆心距的衰减呈规则的反幂函数关系。
在工程中平均频率较主频
能得到相关系数更高的拟合衰减经验公式，更有规律。
参考文献：
[1]毕卫国，石崇.爆破振动速度衰减公式的优化选择[J].岩土力学，2004，25（增1）：99–102.。