周 明

料場開挖爆破巖質(zhì)邊坡振動(dòng)速度高差放大效應(yīng)研究

周 明

（杭州華東工程檢測技術(shù)有限公司 浙江杭州 310014）

通過考慮影響表面質(zhì)點(diǎn)振速的因素為物理量參數(shù)，結(jié)合量綱分析法推導(dǎo)出反應(yīng)爆源至測點(diǎn)的高程差、爆源至臺(tái)階前邊緣的平距及臺(tái)階后邊緣至測點(diǎn)的平距的爆破振動(dòng)預(yù)測公式，以龍開口水電工程料場開挖爆破在危險(xiǎn)源監(jiān)測到的實(shí)速為基礎(chǔ)進(jìn)行線性回歸，并與其它公式得出的預(yù)測速度進(jìn)行對比分析。應(yīng)用實(shí)例表明，本文量綱分析得出的振速預(yù)測公式能準(zhǔn)確反應(yīng)出高差的放大效應(yīng)及臺(tái)階后邊緣至測點(diǎn)平距對放大效應(yīng)的影響。

邊坡工程 爆破振動(dòng) 量綱分析 高程差 平距 放大效應(yīng)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水利水電工程爆破任務(wù)與日俱增。通過采取各種控制爆破振動(dòng)的措施，選擇最佳爆破方案來控制爆破規(guī)模及危害，保證建筑物和運(yùn)行設(shè)備的安全顯得至關(guān)重要。水電工程大多位于峽谷之中，大部分涉及到高危邊坡的開挖爆破，因此，爆源與測點(diǎn)之間高程差對振速的放大效應(yīng)的影響尤為明顯。

目前，工程中通常是根據(jù)現(xiàn)場振動(dòng)試驗(yàn)與監(jiān)測結(jié)果對薩道夫斯基公式進(jìn)行回歸分析，然后基于求得的場地系數(shù)K及爆破振動(dòng)衰減系數(shù)α對爆破振動(dòng)產(chǎn)生的表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度V進(jìn)行預(yù)測。常用的薩道夫斯基公式（1），未考慮高程差的影響，僅在平坦場地條件下具有較高的預(yù)測精度?；谶@一認(rèn)識，近來不少學(xué)者對有高程差的爆破振動(dòng)進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)1唐波等人通過量綱分析得出的爆破振動(dòng)公式（2）認(rèn)為，隨著正高差的增加，表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度增加。文獻(xiàn)3認(rèn)為臺(tái)階部位的巖體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)會(huì)產(chǎn)生“鞭梢效應(yīng)”，爆破振動(dòng)高程放大效應(yīng)的產(chǎn)生與邊坡坡度、相鄰臺(tái)階高差、邊坡巖性、爆破振動(dòng)荷載特性等因素相關(guān)。

式中：V為質(zhì)點(diǎn)最大速度cm/s；Q為炸藥量kg；R為爆破中心與測點(diǎn)的距離m；H為程高差m；ɑ、β均為衰減系數(shù)；k1為平整地形的場地系數(shù)；k2為凸形地形的影響系數(shù)。

2 爆破振動(dòng)的量綱分析

目前在工程爆破領(lǐng)域，所有監(jiān)測的爆破振動(dòng)物理量一般都是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度,而爆破地震能量衰減規(guī)律與爆破振動(dòng)振速衰減規(guī)律有著緊密的聯(lián)系，得到的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律也都是振速衰減公式。文獻(xiàn)1考慮了高程差及爆心距的影響，具有較高的預(yù)測精度，但是未考慮測點(diǎn)至臺(tái)階距離的影響。文獻(xiàn)3則定性分析出高程的放大效應(yīng)與測點(diǎn)至臺(tái)階上邊緣的平距有關(guān)?，F(xiàn)將爆破振動(dòng)時(shí)，圖（1）中的爆源至測點(diǎn)的高程差H、爆源至臺(tái)階前邊緣的平距R1及臺(tái)階后邊緣至受測點(diǎn)的平距R2均考慮其中（涉及到的物理量參數(shù)列于表1），依據(jù)能量的衰減規(guī)律進(jìn)行量綱分析。

假設(shè)表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為：

圖1 爆破振動(dòng)量綱分析法參數(shù)示意圖

表1 爆破振動(dòng)振速涉及到的物理量參數(shù)

在進(jìn)行爆破振動(dòng)預(yù)測時(shí)，將最大一次起爆量Q、巖體密度ρ、振動(dòng)波傳播速度c設(shè)為獨(dú)立量綱,以π代表無量綱量，根據(jù)π定理：

式中ɑ、β、γ均為待定系數(shù)，利用量綱齊次化原則尋求量綱之間的關(guān)系，解得ɑ =0、β=0、 γ=1，因此解得，同理

將π1～π4代入式（3）得：

不同無量綱π的乘積和乘方仍然為無量綱數(shù)，取其組合得到新的無量綱量：

巖體密度ρ、振動(dòng)波傳播速度c可以認(rèn)為是常數(shù)，將此函數(shù)關(guān)系寫成：

式中：K為綜合影響系數(shù)；ɑ及β為臺(tái)階前后平距影響系數(shù)；γ為相對高差影響系數(shù)。

3 工程實(shí)例

本文驗(yàn)證數(shù)據(jù)采用龍開口水電站燕子崖石料場爆破開挖振動(dòng)監(jiān)測到的表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。料場開挖采用梯段開挖爆破，梯段高度為15m,開挖高程EL.2210～EL.2120m，最大開挖深度90m。因爆破振動(dòng)監(jiān)測時(shí)測點(diǎn)位置固定，且料場內(nèi)巖石為白云巖，便于能量的傳播，故剔除因爆破區(qū)域疊加、安裝不牢固影響等產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)后，積累了大量原始數(shù)據(jù)（見表2），且測值可信度較高。各公式進(jìn)行線性回歸后相關(guān)系數(shù)均達(dá)0.96以上。

表2 龍開口料場開挖爆破振動(dòng)監(jiān)測成果表

3.1實(shí)例1（H/R2≤1）

將表2中所列高程差H=15～45m的1#～11#測點(diǎn)實(shí)測振速代入式（6），進(jìn)行四元線性回歸分析，得出K=138.3，ɑ=0.89，β=0.99，γ=-0.0237。結(jié)果表明：在本工程條件下，當(dāng)臺(tái)階高程差H介于15～45m時(shí)，爆源至臺(tái)階前邊緣的平距R1及臺(tái)階后邊緣至測點(diǎn)的平距R2對速度的影響較大(影響系數(shù)分別為0.89、0.99)。高程影響因子γ為負(fù)值表明隨高程的增大振速增大，但測點(diǎn)距離臺(tái)階頂邊距距離較遠(yuǎn)。此時(shí)H/R2小于1，因此高差產(chǎn)生的放大影響效應(yīng)較小。

將實(shí)測振速代入式（1）、式（2）進(jìn)行線性回歸分析并與式（5）進(jìn)行對比得出：

表3為各公式預(yù)測振速與實(shí)測振速對比。

表3 高程差H =15～45m時(shí)各公式預(yù)測振速與實(shí)測振速精度對比

由表3可看出，根據(jù)各公式預(yù)測的振速與實(shí)測速度相比較，采用本文量綱分析得出的公式相對誤差基本控制在8%以內(nèi)；采用唐海等人量綱分析得出的公式（2）相對誤差約為11%～17%；采用平坦場地條件下的薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式相對誤差最大。

3.2實(shí)例2（H/R2＞1）

將表2中所列12#～23#測點(diǎn)，H=60～75m實(shí)測振速代入式（1）、式（2）及式（5）進(jìn)行線性回歸分析得出：

表4為各公式預(yù)測振速與實(shí)測振速對比。由表4可以看出高程差H(60～75m)相對R2較大，即H/R2大于1時(shí)高程影響系數(shù)γ對振速的影響較大。表明隨高程的增大，振速放大效應(yīng)明顯。在此工程條件下采用本文量綱分析法得到的公式預(yù)測振速的基本誤差控制在9%以內(nèi)，而采用公式（2）其相對誤差約為12%左右，采用平坦場地條件下的經(jīng)典薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式相對誤差最大。

4 結(jié)論

本文通過量綱分析得出反應(yīng)高程增大效應(yīng)的預(yù)測公式，并通過工程實(shí)例與薩道夫斯基等經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了比較。

表4 高程差H =60～75m時(shí)各公式預(yù)測振速與實(shí)測振速精度對比

（1）根據(jù)量綱分析法得出的公式對23組實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，并與其他公式進(jìn)行對比得出：本工程條件下薩道夫斯基公式預(yù)測爆破振動(dòng)速度誤差較大；唐海等人量綱分析得出的公式誤差次之；而本文量綱分析得出的公式預(yù)測爆破振速相對誤差最小，基本控制在10%以內(nèi)。此公式進(jìn)行爆破振速預(yù)測時(shí)具有較高的精度。

（2）高程差對振速的放大影響不僅與高程差的大小有關(guān)，還與臺(tái)階后邊緣至受測位置的平距有關(guān)。根據(jù)本文得出的爆破振動(dòng)公式回歸分析后得出：當(dāng)H/R2小于1時(shí)，影響較??；當(dāng)H/R2大于1時(shí)，影響較大，具有明顯的放大效應(yīng)。因此，本文得出的公式較準(zhǔn)確地反應(yīng)了高程的放大效應(yīng)及臺(tái)階后邊緣至測點(diǎn)平距對放大效應(yīng)的影響。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.021

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1672-2469（2014）02-0073-04

周明（1984年- ），男，工程師。