爆炸水池水下爆炸振動(dòng)傳播的測(cè)試分析

劉曉文,曹祖貴,黃 麟,高玉剛

(安徽理工大學(xué)化工學(xué)院, 安徽淮南 232001)

爆炸水池水下爆炸振動(dòng)傳播的測(cè)試分析

劉曉文,曹祖貴,黃 麟,高玉剛

(安徽理工大學(xué)化工學(xué)院, 安徽淮南 232001)

采用UBOX-爆破振動(dòng)記錄儀對(duì)爆炸水池中炸藥爆炸振動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行了研究,記錄炸藥在水池中爆炸時(shí)產(chǎn)生的地震波,并對(duì)其進(jìn)行分析,得到振速、裝藥量和距離的關(guān)系,為以后實(shí)驗(yàn)室條件下水池安全布藥提供指導(dǎo),并驗(yàn)證了減振改造的效果。

水下爆炸; 爆炸震動(dòng); 地震波; 減振

一 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,水下爆破的應(yīng)用十分廣泛,人們?cè)絹碓疥P(guān)注爆破振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境的影響。很多工程爆破的糾紛都與爆破振動(dòng)有關(guān),如:建筑物裂縫、門窗振響、邊坡滑塌以及人畜震驚等的投訴涉及到爆破施工方面,所以對(duì)爆破振動(dòng)的研究一直是人們所關(guān)注的重要課題。由于水中裝藥爆炸的一部分能量會(huì)以波的形式經(jīng)水介質(zhì)向外傳播引起相鄰地層介質(zhì)的振動(dòng),當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí),能對(duì)地面和地下建筑物造成破壞。有一些水下爆炸項(xiàng)目裝藥量很少,引起的振動(dòng)效應(yīng)也較弱,但爆炸次數(shù)多,周圍建筑物振動(dòng)頻繁,特別是距離較近,建筑物強(qiáng)度不高且地下結(jié)構(gòu)又較復(fù)雜的情況下,引起的疲勞損傷將造成永久性損壞。這種危害是爆破安全所關(guān)注的問題。本文針對(duì)安徽理工大學(xué)爆破實(shí)驗(yàn)樓南側(cè)爆炸水池的爆破實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行了測(cè)試和分析,獲得振動(dòng)波形,并對(duì)其進(jìn)行分析,得到振速、裝藥量和距離的關(guān)系。測(cè)試的環(huán)境如圖1所示。水池規(guī)格為Φ5.5 m×3.62 m,水池內(nèi)充滿水。

二 實(shí)驗(yàn)研究

1 實(shí)驗(yàn)儀器

本試驗(yàn)采用的儀器是四川拓普測(cè)控科技有限公司生產(chǎn)的ubox-5016型便攜式振動(dòng)分析儀。這種測(cè)振儀可以放在測(cè)點(diǎn)處,從而省去測(cè)量導(dǎo)線和電源線,一改過去爆破振動(dòng)有線測(cè)量方式為自記方式,具有儀器輕、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、工作可靠等特點(diǎn)。

圖1 測(cè)試環(huán)境圖

2 測(cè)試過程

參數(shù)設(shè)置。采樣頻率20 kHz;采樣時(shí)間1 s;觸發(fā)方式:通道出窗觸發(fā)方式;觸發(fā)電平50 mv;通道耦合:直通方式;預(yù)采樣長(zhǎng)度:記錄觸發(fā)前的數(shù)據(jù),設(shè)置成256個(gè)樣點(diǎn)。

布置測(cè)點(diǎn)。選擇同直線上3個(gè)測(cè)點(diǎn),編號(hào)分別為A、B、C,離藥包的距離分別為3 m、6 m、9 m。測(cè)點(diǎn)選擇完畢后,圍繞測(cè)點(diǎn)分別布置徑向、切向、垂直方向的傳感器,用石膏固定傳感器。

測(cè)試。在鐵架中央固定10 g TNT當(dāng)量藥包(含雷管),用電動(dòng)機(jī)將其吊入水池中央2/3高度。打開自記儀,放炮記錄數(shù)據(jù)。為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性每個(gè)測(cè)點(diǎn)平行做四次。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 水池實(shí)測(cè)振動(dòng)速度與主震頻率

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

最小二乘法回歸振速公式的K,α值將表1中所得數(shù)據(jù)取平均值,采用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行回歸。

圖2 K、α直線擬合圖

所以α=1.518,K=53.9。

由此得到實(shí)驗(yàn)條件時(shí)的振速公式

三 爆破實(shí)驗(yàn)樓安全預(yù)測(cè)

用BMana.exe分析軟件來分析所測(cè)出來的波形,得安全預(yù)測(cè)圖如圖3、4、5所示,其中圖3中ρ=Q1/3/R。

爆破實(shí)驗(yàn)樓南側(cè)房間距水池最近,受到爆炸實(shí)驗(yàn)影響也最大,所以取南側(cè)房間為參考對(duì)象進(jìn)行估算,此時(shí)R=6.0 m,如取爆炸水池承載的最大藥量為20 g TNT,用上述回歸公式算出的最大振速為:V =0.491 cm·s-1,估算得到的數(shù)值對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)的建筑物是安全的。通過實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸得到的爆破振動(dòng)公式(2)預(yù)測(cè)7.5 m、10.5 m和13.5 m的振速分別為0.247 cm·s-1、0.148 cm·s-1、0.101 cm·s-1。與張立等人減振實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)比減振后數(shù)據(jù)略大,但是明顯小于減振前的數(shù)據(jù)。筆者認(rèn)為這是由于爆炸水池經(jīng)過多年的使用,減振效果有所減弱,但水池目前的減振措施對(duì)周圍的環(huán)境仍有保護(hù)作用。

四 結(jié)論

根據(jù)爆破安全中建(構(gòu))筑物地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度允許標(biāo)準(zhǔn),10 g炸藥(TNT當(dāng)量)在水池爆破時(shí),離水池十米左右的地方振動(dòng)速度約為0.159 cm·s-1,主震頻率約為20 Hz,對(duì)火工樓基本無影響。

2005年爆炸水池作過減振改造,減振效果顯著,經(jīng)過多年使用,作用雖有所衰減,但爆炸振動(dòng)仍遠(yuǎn)低于改造前,減振改造對(duì)以后減振項(xiàng)目有一定的參考價(jià)值。

地面振動(dòng)速度隨著距離增大而發(fā)生衰減符合薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式,回歸出的振速、裝藥量與距離的經(jīng)驗(yàn)公式,對(duì)以后水下爆炸試驗(yàn)裝藥量以及爆炸水池減震效果提供一定的依據(jù)。

從主振頻率來看水下爆炸對(duì)結(jié)構(gòu)物的影響比較明顯,特別是近距離多層建筑物影響較大。

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AbstractThis paper focuson the explosive blast vibration effects to blastpond using theUBOX-blasting vibration recorder,which record the seismic waves generated by explosives exploded in the pond.The relations between vibration velocity and quantities of explosion or horizontal distance from measuring points to blast centerwere obtained,which can be reference for arranging explosives safely in the pool under the laboratory conditions,and the experimental results verify the effect of the renovated pool.

Key wordsunderwater explosion;explosive shaking;seis mic waves;decreasing shakes

Ground Vibration Tests of Underwater Explosion in Blast Pond

L IU Xiao-wen,CAO Zu-gui,HUANGLin,GAO Yu-gang

(Anhui University of Science and Technology,Huainan Anhui232001)

TD235.1

A

1671-4733(2010)04-0013-03

DO I:10.3969/j.issn.1671-4733.2010.04.004

2010-10-21

劉曉文(1984-),男,安徽安慶人,研究生,研究方向?yàn)閼?yīng)用化學(xué),電話15855405486。