爆破振动安全判据研究

爆破振动安全判据研究作者：朱卫斌
来源：《世界家苑》2020年第04期
摘要：回顾了国内外爆破振动安全判据的发展历程并分析了其存在的问题，最后提出了爆破振动安全判据未来的研究方向。

关键词：爆破;爆破振动;安全判据
随着社会经济的发展及科学技术的进步，爆破被广泛地应用于矿山开挖、道路交通、水利水电建设、城镇房屋拆除等工程领域。

爆破为人类生产建设提供极大便利的同时也给周围环境构成了潜在的威胁，尤其是爆破振动效应造成的周边建筑物开裂、门窗损坏、精密仪器失准等一系列问题极易引发民事纠纷。

提出一种科学、合理、实用的爆破振动安全判据对爆破周边的影响对象进行安全性评估一直是众多科研人员所致力于解决的关键问题，其将为爆破作业提供有效的指导。

本文主要论述了国内外爆破振动安全判据的发展过程，针对每一种安全判据存在的问题做了简要分析，最后提出了其未来的研究方向。

1 单因素安全判据
位移、速度、加速度都可以作为衡量爆破振动强度的物理量，但经研究发现速度和加速度是较为理想的指标。

至于二者中哪一个更适合作为爆破振动影响的评估标准，每个国家或行业的规定都不尽相同。

1.1 以加速度作为爆破振动安全判据
部分专家分析认为，加速度能够与爆破振动产生的惯性力联系起来，便于进行建筑结构内力分析及换算对建（构）筑物结构产生影响的地震作用。

因此，在爆破振动安全标准研究初期，包括美国在内的一些国家都是采用加速度作为爆破振动控制指标。

我国最新修订的《爆破安全规程》（GB 6722-2014）中也新增了核电站及受地震惯性力控制的精密仪器、仪表等特殊保护对象需要采用爆破振动加速度作为安全判据的规定，但值得注意的是，此規程中并没有给出具体的参考数据，有待进一步研究完善。

1.2 以速度作为爆破振动安全判据
大量试验和观测表明，爆破地震动破坏程度与质点振速大小的相关性最好，且振速与岩土性质有较稳定关系。

此外，利用速度可以和地震波所携带的能通量与所产生的地应力相联系，并和结构中产生的动能和内应力建立关系。

在后期的爆破技术发展过程中，峰值振速作为爆破振动安全判据被法国、日本、澳大利亚、美国等大多数国家所采用。

我国最早制订的《爆破安全规程》（GB 6722-1986）也同样采用了此指标，见表1。

2 振速-频率联合安全联合判据
随着爆破技术在工程实践中的深入应用，人们发现仅仅采用峰值振速这种独立阈值理论具有很大的局限性。

在某些爆破作业中，按《爆破安全规程》（GB 6722 -1986）进行安全评估后本应该出现损坏的建筑物在实际爆破中却相安无事，而峰值振速很小的却出现了意想不到的损坏。

在总结前人经验的基础上，国内外学者对爆破振动安全标准又进行了大量研究，结果发现建（构）筑物的破坏与爆破振动的频率也具有密不可分的关系。

特别地，当爆破振动频率与建（构）筑物自振频率相接近时容易造成共振反应，从而导致建（构）筑物出现较大损坏。

在后续的发展过程中，振速-频率联合安全判据逐渐取代了原来的峰值振速理论并成为如今应用最为广泛的爆破振动评判标准。

我国从《爆破安全规程》（GB6722 -2003）开始对毛石房屋、非抗震大型砌块建筑物、钢筋混凝土结构房屋等保护对象的频率首次进行了规定，到《爆破安全规程》（GB6722 -2014）又对03版规程中未涉及的水工隧道、矿山巷道、新浇大体积混凝土等保护对象的频率做了相应的规定，详见表2和表3。

3 多因素安全判据
结构的破坏是与结构动力响应有关的多种因素综合作用的结果，其与爆破地震波的强度、频率特性、持续时间以及结构的固有频率、阻尼比等因素都有关。

因此，有学者认为振速-频率联合安全判据仅是对独立阈值理论的延伸，不能全面体现爆破振动效应的影响因素和危害实质。

随着工程爆破实践的深入发展与爆破技术理论的不断完善，越来越多的多因素安全判据被学者们提出。

娄建武等提出基于反应谱分析的RSI安全评价指标，第一次在爆破振动安全判据中考虑了结构动力特性的影响;凌同华从能量角度提出了综合考虑爆破地震动三要素影响的TEDI;李洪涛等建立了考虑爆源形式、爆破振动频带分布和结构物动力特性影响的等效峰值振速评判准则;赵明生等提出了能反映爆破振动特性和建（构）筑物的响应特性的响应速度安全判据。

从理论上讲，这些多因素判据能更全面地对爆破周边保护对象进行安全评估，也极大地推动了爆破技术的发展步伐。

但由于缺乏大量工程实测数据的支撑和检验，在未来的推广应用中其可靠性与合理性还得接受进一步的考证。

4 未来的研究方向
（1）考虑爆破振动持续时间的影响。

从爆破地震动三要素来讲，持续时间也是一个不可忽略的影响因素，特别是其在微差爆破技术中所产生的累积损伤效应值得关切。

因此，众多学者呼吁要在工程爆破中考虑持续时间造成的影响。

（2）综合考虑爆破地震波特性与建（构）筑物自身特性。

建（构）筑物的破坏是多种因素综合作用的结果，目前研究中过份强调爆破地震波特性的影响而对建（构）筑物自身特性考虑不足，应当综合考虑二者的相互作用。

（3）建立工程爆破数据库。

由于爆破工程的复杂性，目前很多安全判据无法得到大量实测数据的验证。

通过建立工程爆破数据库实现数据的共享，可以有效解决此类问题。

5 结语
爆破技术是工程实践领域的一个重要环节，爆破振动安全判据的制定则关乎着人类的生命财产安全。

随着研究的深入，相关知识理论将会不断得到完善，爆破技术也将会在工程领域发挥更加有效的作用。

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作者简介：朱卫斌（1995—），男，云南曲靖人，硕士研究生，研究方向：工程抗震。