第 12 期徐学勇等 : 深厚淤泥爆破挤淤震动效应测试与控制技术 3257 验研究 2 工程概况惠州港兴盛油库护岸工程位于大亚湾泽华石化仓储码头工程东侧, 护岸全长 300 m, 其

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鞠喻
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1 第 29 卷第 12 期岩土力学 Vol.29 No 年 12 月 Rock and Soil Mechanics Dec 文章编号 : (2008) 深厚淤泥爆破挤淤震动效应测试与控制技术徐学勇, 汪稔, 孟庆山, 江浩 ( 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室, 武汉 ) 摘要 : 结合工程实例, 对深厚淤泥爆破挤淤震动效应进行测试和分析, 线性拟合得出震动速度随距离衰减规律, 并从控制单段最大药量选择合理微差时间调整震动波传播方向 3 个方面对地震效应控制技术开展了试验研究试验结果表明, 这些措施可以有效地控制地震效应控制单段起爆药量是最根本因素 ; 在相同装药量的情况下, 按照大于 200 ms 的微差时间进行控制, 最大震动速度可减小 20 %~30 %, 药包中心连线方向的震速比垂直于中心连线方向的震速低 15 %~25 % 试验结果可为类似工程提供借鉴关键词 : 深厚淤泥 ; 震动测试 ; 回归分析 ; 控制技术 ; 试验中图分类号 :TV 文献标识码 :A Monitoring and controlling technology for vibration effect due to deep and thick silt by blasting compaction XU Xue-yong, WANG Ren, MENG Qing-shan, JIANG Hao (State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan , China) Abstract: According to project example, the vibration effect due to deep and thick silt by blasting compaction is monitored and analyzed. The decay law of vibration velocity with distance by linear fitting is obtained; and experimental research in aspects of controlling single deck maximum explosions, ascertaining reasonable millisecond delay time, regulating transmission direction of vibration waves is carried out. Results show that vibration effect is effectively controlled by these measures. Controlling single deck explosions is the most basic factor; the amount of explosions should be decided by field experiment; when single deck explosions are the same, the maximum vibration velocity can decrease by 20 percent to 30 percent if we set the millisecond delay time more than 200 millisecond; and vibration velocity in the direction of explosions central line is 15 percent to 25 percent lower than that in its vertical direction. The research result may provide a model for the similar project. Key words: deep and thick silt; vibration monitoring; regression analysis; controlling technology; experiment 1 引言爆破挤淤是一种利用炸药爆炸处理软基的新技术, 自 20 世纪 80 年代以来在我国的许多海湾港口工程中得到成功的应用 [1,2], 如江苏连云港西大堤软基处理珠海发电厂防波堤工程深圳盐田港围堰工程等爆炸法处理水下软基及基础技术规程 [3] 中建议的爆破挤淤适用于 4~12 m 厚度的淤泥, 目前防波堤工程中爆破挤淤置换淤泥最大厚度已达 20 m, 围堰及护岸工程中置换的淤泥深度甚至已经超过 30 m, 并有越来越深的趋势随着置换淤泥深度的增加, 为了取得良好的爆破挤淤效果, 增加单段起爆药量和总药量都不可避免但大药量的爆破对临近建筑设施造成的危害也因此加大, 所以有 [4] 必要加强对深厚淤泥爆破挤淤产生的震动效应进行测试和分析, 并采取积极有效的措施控制其地震效应, 以确保爆破作业时临近建筑设施的安全本文结合工程实例, 对深厚淤泥爆破挤淤震动效应进行测试和分析, 并对其震动效应控制措施开展了试收稿日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金重点项目资助 (No ) 作者简介 : 徐学勇, 男,1980 年生, 博士研究生, 主要从事岩土力学和爆破工程方面的研究 xxy_cas@126.com

淤泥爆破挤淤震动效应进行测试和分析, 线性拟合得出震动速度随距离衰减规律, 并从控制单段最大药量选择合理微差时间调整震动波传播方向 3 个方面对地震效应控制技术开展了试验研究试验结果表明, 这些措施可以有效地控制

2 第 12 期徐学勇等 : 深厚淤泥爆破挤淤震动效应测试与控制技术 3257 验研究 2 工程概况惠州港兴盛油库护岸工程位于大亚湾泽华石化仓储码头工程东侧, 护岸全长 300 m, 其中 200 m 采用爆破挤淤法进行软基处理, 护岸采用斜坡式抛石堤的结构型式, 护岸顶标高为 4.5 m, 顶宽为 8 m, 外侧坡比为 1:1.5, 内侧坡比为 1:1, 护岸外侧堤心石平台宽约 6 m, 堤身落底宽度约为 25 m, 爆破挤淤置换深度为 18~21 m, 属深厚淤泥软基处理范围爆破区域距离泽华石化仓储码头和油罐区较近, 最近距离为 126 m 根据爆破安全规程的安全标准 [5], 评价爆破对不同类型建 ( 构 ) 筑物的震动影响, 应采用不同的安全判据和允许最大震速标准结合该工程实际, 最终将最大震速为 2.0 cm/s 作为安全允许震速控制标准测试仪器选用 TDEC 拓普数字设备有限公司生产的 UBOX20016 便携式数采仪, 该仪器配三向震动速度传感器, 分别为垂直方向水平径向和水平切向, 传感器在使用前均已进行相关工程标定, 测试系统如图 1 所示图 1 测试系统示意图 Fig.1 The schematic illustration of monitoring system 测点主要布设在泽华石化码头和储气罐区, 速度传感器用速凝石膏粉固定在水泥地面或者地基梁上 3.2 在护岸爆破挤淤施工过程中, 总共获取 83 组测试数据, 部分测试结果见表 1 从表中可以看出, 同一测点 3 个方向的震动速度峰值比较接近, 垂直方向震动速度一般略大于其他两个方向震动速度, 当最大段药量为 60~120 kg 与爆破中心距离为 142~647 m 时, 测点处震动速度范围为 0.19~ 1.26 cm/s, 控制在 2.0 cm/s 的安全震速范围内测点测试部位最大段药量 /kg 表 1 爆破挤淤震动速度测试结果表 Table 1 Testing results of peak particle velocity 距离垂直向水平径向水平切向 /m 峰值震速 /cm s 1 主频 /Hz 峰值震速 /cm s 1 主频 /Hz 峰值震速 /cm s 1 主频 /Hz 1 储气罐区储气罐区储气罐区码头码头码头码头储气罐区储气罐区储气罐区储气罐区储气罐区图 2 为深厚淤泥爆破挤淤施工时实测代表性波形 3.3 衰减规律回归分析质点震动速度 V 随距离衰减规律的萨道夫斯基公式 [6] : α V K R = (1) 式中 :R 为测点到爆破中心点的距离 (m);q 为最大单段药量 (kg);k,α 均为与爆区的地质地形条件有关的衰减参数 3 Q 令 ρ =, 对式 (1) 两边取对数, 有 : R lgv = α lg ρ + lg K (2) 令 y = lgv, a = lg K, b= α, x= lg ρ, 有 : y = a+ bx (3)

5, 内侧坡比为 1:1, 护岸外侧堤心石平台宽约 6 m, 堤身落底宽度约为 25 m, 爆破挤淤置换深度为 18~21 m, 属深厚淤泥软基处理范围爆破区域距离泽华石化仓储码头和油罐区较近, 最近距离为 126 m 根据爆破安全规程的安全标准

3 3258 岩土力学 2008 年式 (3) 是个一元线性方程, 对实测数据进行 Fourier 频谱分析, 再经线性拟合得到 a 和 b 值, 进而求得 K,α 值, 由此得到质点震动速度随距离衰减规律, 即萨道夫斯基公式 (2) 水平径向 (3) 水平切向 V = V = (5) (6) V /cm s 1 Fig.2 图 2 实测代表性波形 Typical history of vertical peak particle velocity 图 3 为典型的震动波形频谱分析图文献 [3] 给出了爆破挤淤和爆破夯实软基处理工程实践中 K, α 的经验取值, 如表 2 所示 Fig.3 爆破地质图 3 爆破地震波频谱分析 Frequency analysis of blasting waves 表 2 K,α 经验取值 Table 2 Value of K,α 爆破挤淤爆破夯实 K α K α 天然岩石基础抛填强夯基础抛填石料基础通过对实测数据进行回归分析, 得出爆破挤淤施工过程中质点震动速度随距离衰减规律如下 : (1) 垂直方向 V = (4) 将现场统计的最大单段起爆药量和爆心距对式 (4)~(6) 进行反算, 并与仪器实测数据相比较, 结果大致吻合, 说明线性拟合得到的质点震动速度随距离衰减规律是可靠的, 可以用来控制该护岸爆破挤淤施工时最大单段起爆药量和总装药量 4 国内外学者对爆破震动效应的控制技术进行了大量研究 [7 9], 主要有控制最大起爆药量微差爆破预裂爆破开挖减震沟调整震动波传播方向等措施目前, 较少开展深厚淤泥爆破挤淤震动效应控制技术的研究, 针对不同类型的爆破工程采取有针对性的控制技术, 本次试验从控制单段最大药量微差时间震动波传播方向 3 个方面进行研究 4.1 由公式 (1) 可知, 控制好最大单段起爆药量是减小爆破地震效应的关键因素之一表 3 统计了最大单段起爆药量 Q 分别为 30,60,120 kg 及爆心距分别为 50,100,200 m 时最大震动速度测试的试验结果表 3 不同药量时最大震动速度 Table 3 The maximum vibration velocity of different explosions 单段药量 Q /kg R 1 R 2 R 注 :R 1,R 2,R 3 分别代表爆心距为 50,100,200 m 由表可以看出, 相同爆心距情况下, 减小单段最大起爆药量是减小震动效应的根本因素 4.2 控制合理的微差时间, 可以避免地震波之间产生叠加, 是控制好爆破地震效应积极有效地措

2 图 2 实测代表性波形 Typical history of vertical peak particle velocity 图 3 为典型的震动波形频谱分析图文献 [3] 给出了爆破挤淤和爆破夯实软基处理工程实践中 K, α 的经验取值, 如表 2 所示 Fig.

4 第 12 期徐学勇等 : 深厚淤泥爆破挤淤震动效应测试与控制技术 3259 施 [10] 不同的爆破工程微差时间的选取是不同的, 对于深厚淤泥挤淤爆破, 微差时间过小, 必然会加大地震效应 ; 微差时间过大, 可以减小地震效应, 但肯定会影响挤淤效果因此, 有必要通过现场试验确定合理的微差时间试验时最大段药量分别为 60 kg 和 120 kg, 段微差时间分为 100,200,300 ms, 表 4 统计了爆心距为 100 m 和 200 m 时, 测试得到的最大震动速度 Table 4 单段药量 Q /kg 60 表 4 不同微差时间时最大震速 The maximum vibration velocity of different millisecond delay time 微差时间 T /ms R 2 R 注 :R 2,R 3 分别代表爆心距为 100 m 和 200 m 从表可以得出, 单段药量为 60 kg, 微差时间 200 ms 比 100 ms 时测得的最大震速分别减小 25.1 % 和 20.8 %, 微差时间 300 ms 比 200 ms 时测得的最大震速分别减小 1.9 % 和 1.4 %; 单段药量为 120 kg, 微差时间 200 ms 比 100 ms 时测得的最大震速分别减小 27.2 % 和 24.3 %, 微差时间 300 ms 比 200 ms 时测得的最大震速分别减小 2.1 % 和 1.7 %, 这说明 :(1) 单段起爆药量越大, 采用微差爆破对地震效应的减弱作用越明显 ;(2) 当药量相同时, 微差时间 200 ms 和 300 ms 时测得的最大震速相比变化不大, 而与微差时间 100 ms 时测得的震速相比, 减小量较大, 由此可以确定微差时间 200 ms 是相对合理的微差时间, 实际装药时可以按照大于 200 ms 的微差时间进行控制 4.3 爆破工程实践证明, 抛掷爆破时最小抵抗线方向震动最小, 反向最大, 两侧居中 ; 而采用成排药包起爆时, 在药包中心的连线方向震动一般要比垂直于连线方向小爆破挤淤作业是成排布置药包, 如图 4 所示试验时在药包中心的连线方向布置测点 1, 在垂直方向, 即堤头推进的反方向布置测点 2, 单段药量分别为 60 kg 和 120 kg, 爆心距分别为 100 m 和 200 m, 测试结果见表 5 Fig.4 图 4 测点布置图 The schematic illustration of monitoring system 表 5 不同方向时最大震速 Table 5 The maximum vibration velocity of different direction 单段药量 Q /kg 爆心距 R /m 测点 1 测点由表可以看出, 深厚淤泥爆破挤淤, 药包中心连线方向的最大震速比垂直于中心连线方向的最大震速低 15 %~25 % 因此, 可以利用爆破地震波的这一传播特性, 通过改变爆源与保护对象的相对方位, 可以适当地减弱保护对象处的震动效应 5 深厚淤泥的爆破挤淤施工, 需要加大装药量才能保证良好的挤淤效果, 与此同时, 保证爆破区域周围建筑设施的安全也不可忽视本文通过对实际工程爆破震动效应的测试和分析, 以及对其震动效应控制技术的试验研究, 得出如下结论 : (1) 震动测试结果拟合得到的质点震动速度随距离衰减规律与规范提供的经验公式基本相同, 实测震动速度控制在规范要求的安全限度以内, 石化码头和油罐区运转正常 (2) 控制单段最大起爆药量是控制好震动效应的根本所在, 深厚淤泥爆破挤淤药量参数的选取需要结合现场试爆进行优化设计 (3) 合理的微差时间对于大药量的爆破工程非常关键试验表明, 本工程按照大于 200 ms 的微差时间进行控制取得了良好的减震效果, 在相同装药量的情况下, 可以减震 20 %~30 % (4) 适当改变爆源与保护建筑物的相对方位, 可以减弱爆破震动效应, 深厚淤泥爆破挤淤时, 药

表 4 不同微差时间时最大震速 The maximum vibration velocity of different millisecond delay time 微差时间 T /ms R 2 R 3 100 3.34 0.87 200 2.67 0.72 300 2.62 0.71 100 4.91 1.43 120 200 3.86 1.15 300 3.78 1.

5 3260 岩土力学 2008 年包中心连线方向的最大震速比垂直于中心连线方向的最大震速低 15 %~25 % 参考文献 [1] ZHENG Zhe-min, YANG Zhen-shen, JIN Liao. Underwater explosion treatment of marine soft foundation[j]. China Ocean Engineering, 1991, 5(2): [2] 赵简英, 王健, 吴京平. 控制加载爆炸挤淤置换法在工程中的应用 [J]. 岩土力学,2006, 27(2): ZHAO Jian-ying, WANG Jian, WU Jing-ping. An application of blast method to squeeze mud and replacement with controlled loading[j]. Rock and Soil Mechanics, 2006, 27(2): [3] 中华人民共和国交通部. JTJ/T 爆炸法处理水下地基和基础技术规程 [S]. 北京 : 人民交通出版社, [4] 张雪亮, 黄树棠. 爆破地震效应 [M]. 北京 : 地震出版社,1991. [5] 冶金工业部安全技术研究所. GB 爆破安全规程 [S]. 北京 : 中国标准出版社,2003. [6] 李俊如, 李海波, 高建光, 等. 抛石基床爆夯振动效应监测与分析 [J]. 岩土力学,2005,26(9): LI Jun-ru, LI Hai-bo, GAO Jian-guang, et al. Monitoring and analysis of vibration effects due to underwater explosive ramming[j]. Rock and Soil Mechanics, 2005, 26(9): [7] 胡刚, 吴云龙. 爆破地震控制的一种方法 [J]. 煤炭技术,2004, 23(4): HU Gang, WU Yun-long. A new method of the control of the earthquake vibration caused by explosive[j]. Coal Technology, 2004, 23(4): [8] 王定华. 宝钢马迹山港围堤工程爆破挤淤技术监控 [J]. 工程爆破,2005, 11(2): WANG Ding-hua. Technological supervision of ooze treatment in blasting cofferdam of Baogang Majishan Habor[J]. Engineering Blasting, 2005, 11(2): [9] 李建高. 既有线构 ( 建 ) 筑物旁控制爆破技术 [J]. 隧道建设,2007, 27(1): LI Jian-gao. Controlled blasting near existing railway buildings and structures[j]. Tunnel Construction, 2007, 27(1): [10] 付士根, 许开立. 爆破振动效应预报及减震措施 [J]. 中国安全生产科学技术,2006, 2(6): FU Shi-gen, XU Kai-li. Predicting blast vibration effect and reducing vibration measures[j]. Journal of Safety Science and Technology, 2006, 2(6): 上接第 3255 页 ZHU Wan-cheng, TANG Chun-an, YANG Tian-hong, et al. Constitutive relationship of mesoscopic elements used in RFPA 2D and its validations[j]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2003, 22(1): [9] BRADY B H G, BROWN E T. Rock mechanics for underground mining[m]. London: Second Edition Chapama & Hall London U K, 1993: [10] 陈沙, 岳中琦, 谭国焕. 基于数字图像的非均质岩土工程材料的数值分析方法 [J]. 岩土工程学报,2005, 27(8): CHEN Sha, YUE Zhong-qi, THAM L G. Digital image based numerical modeling method for heterogeneous geomaterials[j]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2005, 27(8): [11] 托鲁基安 Y S, 贾德 W R. 岩石与矿物的物理性质 [M]. 单家增译. 北京 : 石油工业出版社,1990. [12] 王启智, 贾学明. 用平台巴西圆盘试样确定脆性岩石的弹性模量拉伸强度和断裂韧度第一部分 : 解析和数值结果 [J]. 岩石力学与工程学报,2002, 21(9): WANG Qi-zhi, JIA Xue-ming. Determination of elastic modulus, tensile strength and fracture toughness of brittle rocks by using flattened Brazilian disk specimen part I: analytical and numerical results[j]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2002, 21(9):

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(2015-2016-2)-0004186-04205-1 140242 信号与系统 Ⅰ 学科基础必修课 37 37 1 教 203 17 周 2016 年 06 月 13 日 (08:00-09:35) (2015-2016-2)-0004186-04205-1 141011

(2015-2016-2)-0004186-04205-1 140242 信号与系统 Ⅰ 学科基础必修课 37 37 1 教 203 17 周 2016 年 06 月 13 日 (08:00-09:35) (2015-2016-2)-0004186-04205-1 141011 关于 2015-2016 学年第二学期期末周内考试时间地点安排选课课号班级名称课程名称课程性质合考人数实际人数考试教室考试段考试时间 (2015-2016-2)-0006178-04247-1 130101 测试技术基础学科基础必修课 35 35 1 教 401 17 周

第 12 期 徐 学 勇 等 : 深 厚 淤 泥 爆 破 挤 淤 震 动 效 应 测 试 与 控 制 技 术 3257 验 研 究 2 工 程 概 况 惠 州 港 兴 盛 油 库 护 岸 工 程 位 于 大 亚 湾 泽 华 石 化 仓 储 码 头 工 程 东 侧, 护 岸 全 长 300 m, 其

第 12 期徐学勇等 : 深厚淤泥爆破挤淤震动效应测试与控制技术 3257 验研究 2 工程概况惠州港兴盛油库护岸工程位于大亚湾泽华石化仓储码头工程东侧, 护岸全长 300 m, 其