摘要 闡述了同時采用質(zhì)點振速和頻率兩個指標(biāo)作為爆玻震動安全判據(jù)的必要性、可行性，并介紹了爆破振動頻率的計算公式。
關(guān)鍵詞 爆玻震動；振動速度；振動頻率；安全判據(jù)，爆破安全評估標(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）地面振動稱為地震動。我國《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)滿足安全振動速度的要求，即現(xiàn)行規(guī)程是用質(zhì)點振動速度表示地震動強(qiáng)度的。實踐表明，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)點振動速度作為衡量爆破地震動強(qiáng)度的指標(biāo)也有許多不妥之處，希望用質(zhì)點峰值振動速度和對應(yīng)頻率（簡稱振速和頻率）作為振動強(qiáng)度的指標(biāo)。美國、德國等一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)考慮了振動速度對應(yīng)頻率的綜合影響，將這兩個指標(biāo)納入爆破震動安全判據(jù)中。
1用振速－頻率作為震動強(qiáng)度指標(biāo)的必要性
1.1理論上的必要性
地震動是由不同頻率、不同幅值的波動在一個時間范圍內(nèi)組合的隨機(jī)過程。地震動的峰值（最大振幅）、頻率和持續(xù)時間被稱為地震動的三要素，而最大振幅又與速度、加速度密切相關(guān)，若已知位移、速度和加速度三個參數(shù)中的任一個，經(jīng)過積分或微分便可求出另兩個。故地震動的速度、頻率和持續(xù)時間也是表征地震動強(qiáng)度的三個不可少的參量，特別是前兩項（振速和頻率）更是缺一不可。
1.2工程實踐上的必要性
結(jié)構(gòu)對爆破震動的反應(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的主要周期接近建筑物的自振周期時，由于共振作用，將產(chǎn)生更大的振動，容易引起建筑物的破壞。我們在爆破工程中時有發(fā)現(xiàn)，火工品爆炸時，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，這是因為建、構(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)點振動速度值相同的情況下，建 （構(gòu)）筑物將會出現(xiàn)不同的振動頻率和振動持續(xù)時間。即使相同的建、構(gòu)筑物在振速相同的條件下，不同的振動頻率和振動持續(xù)時間，對建、構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)動力影響也是不一 樣的。
(2）在自然地震中，烈度為7～9度時，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作用下．對一般房屋的影響卻很小，這是因為一般房屋的自振周期多在0. 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)面也說明了振動頻率的重要性。
1. 3 從國外發(fā)展趨勢看的必要性
采用速度-頻率作為地震動強(qiáng)度指標(biāo)也是眾望所歸。目前．國外表示質(zhì)點振動強(qiáng)度的指標(biāo)有位移、速度、加速度和頻率。各國的規(guī)定有所不同。例如，美國早期曾采用加速度作為地震動強(qiáng)度的指標(biāo)，而英國、葡萄牙、加拿大、瑞典、俄羅斯等國則采用質(zhì)點振動速度作為地震動強(qiáng)度的指標(biāo)。但是，由于在爆破震動作用下使建（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，一些主要西方國家在制定爆破振動安全標(biāo)準(zhǔn)時，普遍考慮了振速和頻率的共同影響。舉例說明如下。
(1）美國的爆破震動安全判據(jù)。根據(jù)對建筑物的保護(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)，將此兩個標(biāo)準(zhǔn)合成以后，成為日前國際上比較流行的爆破震動安全判據(jù) （圖1 ）。
(2）德國爆破震動安全判據(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)點振速和振動頻率的影響，充分反映了不同頻率的爆破震動對建筑物的影響，如圖2和表l所示。
1.4 從與國際接軌角度看的必要性
我國加入WTO已成定局。在我國成為WTO成員國以后，國外一些大的工程公司 （包括爆破公司）將進(jìn)入我國市場，我國爆破工作者也將有更多的機(jī)會走向國際市場。無疑，在國際爆破工程競標(biāo)中使用國際流行的先進(jìn)爆破震動安全判據(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爆破震動安全判據(jù)中。
2 采用速度－頻率作為震動強(qiáng)度指標(biāo)的可能性
應(yīng)該說，目前我國具備了以速度-頻率作為震動強(qiáng)度指標(biāo)的基本條件，有可能將二者納入爆破震動安全判據(jù)中，主要依據(jù)是：
(1）國外有眾多國家的經(jīng)驗可以借鑒，特別是美國、德國的標(biāo)準(zhǔn)已執(zhí)行了多年。
(2）國內(nèi)已有不少單位利用國際上先進(jìn)儀器進(jìn)行了大量的觀測，積累了相當(dāng)豐富的資料，例如：美國NCSC5OOO型電腦控制數(shù)字輸出測震儀（NOMIS COMPUTER SYSTEM CORPORATION 5000 Portable Microprocessor Based Digitizing Seismograph）主體由固化的電子計算機(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試麥克風(fēng)組成。可以測出質(zhì)點三維振動速度及其矢量和、振動加速度、質(zhì)點振動位移、振動頻率和噪聲強(qiáng)度、噪聲頻率，同時畫出質(zhì)點振動速度與頻率之間的關(guān)系圖和地震波形圖，還能繪出美國USBM和OSMRE安全判據(jù)圖或DIN4150爆破振動安全標(biāo)準(zhǔn)。測試結(jié)果在爆破后1min由熱敏打印機(jī)打印輸出。NCSC5000型測震儀使用方便、抗干擾強(qiáng)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度高,是目前國內(nèi)外進(jìn)行爆破地震測試的先進(jìn)設(shè)備。
國內(nèi)已采用上述先進(jìn)儀器分別對硐室爆破、臺階爆破、拆除爆破等進(jìn)行了相當(dāng)數(shù)量的觀測，得到了一批有價值的資料。
(3）近幾年來，在公安部三局和中國工程爆破協(xié)會的主持和組織下，對全國工程爆破技術(shù)人員進(jìn)行了系統(tǒng)的培訓(xùn)、考核，整個行業(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)的爆破震動安全標(biāo)準(zhǔn)的水平。
3 采用速度－頻率作為震動強(qiáng)度指標(biāo)的具體建議
(1）吸收國外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的有益數(shù)據(jù)與經(jīng)驗，并根據(jù)我國爆破技術(shù)人員已經(jīng)掌握的實測數(shù)據(jù)資料制定出我國新《爆破安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，即巖石爆破對地面建筑物和隧道的爆破震動安全判據(jù)可采用地面質(zhì)點振速和主振頻率兩個指標(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）爆破振動頻率的計算。目前國內(nèi)有兩種計算公式計算爆破振動頻率。
文獻(xiàn)［2］提出用下式計算爆破地震動引起的地面質(zhì)點振動頻率：
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為相同距離同時起爆的總藥量， kg；R為測點至爆源距離， m。
文獻(xiàn)〔3］提出的振動頻率計算公式如下:
f＝k（Q1/3 /logR)1/2 (2)
式中，k為系數(shù),對于硐室爆破，k=0. 8～5. 0；對于臺階爆破，k＝5.0～50；對于拆除爆破，k＝1.0～10；藥量大時系數(shù)取小值，反之取大值。上述兩個公式都是在一定試驗條件下獲得的經(jīng)驗公式，為計算爆破振動頻率做了有益的探索?？梢栽囉?，但將它列入新《爆破安全規(guī)程》中，條件尚不成熟。
4 結(jié)束語
筆者在分析了我國采用振速-頻率作為震動強(qiáng)度指標(biāo)的必要性與可能性之后，提出了在制定我國新的統(tǒng)一的《爆破安全規(guī)程》時，應(yīng)考慮振速與頻率綜合影響的建議，即將振動速度和主振頻率兩個指標(biāo)作為爆破震動安全判據(jù)。同時指出，在目前尚無一個理想的、被普遍接受的振動頻率計算公式的條件下，根據(jù)我國已有的實測數(shù)據(jù)制定出不同地面建筑物和隧道的保護(hù)對象所在地的質(zhì)點峰值振動速度和對應(yīng)的頻率，以經(jīng)驗數(shù)據(jù)代替計算公式，這是目前可行的方法。
參考文獻(xiàn)
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[3］唐春海等．爆破地震動安全判據(jù)的初步探討.有色金屬（季刊）， 2001，53 (1)：l～3.
摘自《汪旭光院士論文選集》
