一种基于球形装药条件下的地面振动预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于球形装药条件下的地面振动预测方法，包含如下步骤：先获取爆破区域的岩土介质力学参数，然后确定爆破荷载参数，接着确定起爆方式，紧接着布设好炮孔及地面测点，并获取各炮孔与地面测点的位置坐标，随后再依次计算出各炮孔到地面测点的距离、到地面测点对应的膨胀波入射角及剪切波反射角以及各炮孔单独激发时的质点振动速度和地表对爆破振动波的反射系数；最后根据前面计算的各炮孔单独激发时的质点振动速度，利用振动叠加原理计算出地面测点的振动速度。本发明专利技术优点是：克服了萨道夫斯基公式中参数K、α的物理意义不明确以及无法预测振动波形和频率的缺点。义不明确以及无法预测振动波形和频率的缺点。义不明确以及无法预测振动波形和频率的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于球形装药条件下的地面振动预测方法


[0001]本专利技术涉及爆破振动安全
，具体的说是涉及一种基于球形装 药条件下的地面振动预测方法。

技术介绍

[0002]炸药在岩土介质中爆破释放的能量，一部份消耗于破坏周围介质，另 一部份以波的形式向外传播，形成爆破振动波。一般而言，爆破振动波在 岩土介质内部传播规律受到介质的连续性、均匀性、力学参数和装药参数 的影响。虽然影响爆破振动波传播规律的因素众多，为了便于工程应用， 工程实践当中多采用经验公式来描述爆破振动波的传播规律，如萨道夫斯 基提出了质点最大速度的经验公式为：
[0003][0004]式中，V、Q和r分别为介质的质点振动速度峰值、装药量和传播距离， K、α为与场地条件相关的常数。
[0005]虽然萨道夫斯基公式具有应用简单、方便的特点，但其中参数K、α的 物理意义不够明确，与介质的力学参数缺乏对应关系。且萨道夫斯基公式 只能对爆破振动的幅值进行预测，但无法估计爆破振动的主频和持续时间， 这对于爆破振动的安全评估不够全面。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于球形装药条件下的地面振动预测方 法，用以克服
技术介绍
中萨道夫斯基经验公式中的K、α参数物理意义不够 明确以及无法估计爆破振动的主频和持续时间的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0008]一种基于球形装药条件下的地面振动预测方法，包含如下步骤：
[0009]S1、获取待爆破区域的岩土介质力学参数；
[0010]所述岩土介质力学参数包含岩土介质密度、弹性模量、柏松比、阻尼 比、粘性系数以及爆破引起的地面振动频率；
[0011]S2、确定待爆破区域的爆破荷载参数；
[0012]所述爆破荷载参数包含爆破荷载加载半径、爆破荷载峰值、爆破荷载 上升时间及爆破荷载总持续时间；
[0013]S3、确定待爆破区域的起爆方式；
[0014]所述起爆方式包含单个球形装药条件下的单炮孔起爆方式、多个球形 装药条件下的多炮孔同时起爆方式及多个球形装药条件下的多炮孔延迟起 爆方式；
[0015]S4、根据步骤S3确定的起爆方式，在待爆破区域布设好炮孔及地面测 点，并获取各炮孔及地面测点的位置坐标；
[0016]其中，当步骤S3确定的起爆方式为单个球形装药条件下的单炮孔起爆 方式时，则在待爆破区域需要布设的炮孔数量为一个，在此起爆方式下， 需先在待爆破区域布设好单炮孔及地面测点，然后再获取单炮孔的位置坐 标与地面测点的位置坐标，随后再进入步骤S5；
[0017]当步骤S3确定的起爆方式为多个球形装药条件下的多炮孔同时起爆方 式或多个球形装药条件下的多炮孔延迟起爆方式时，则在待爆破区域需要 布设的炮孔数量为多个，在此起爆方式下，需先在待爆破区域布设好各炮 孔及地面测点，然后再获取各炮孔的位置坐标与地面测点的位置坐标，随 后再进入步骤S5；
[0018]S5、根据步骤S4获取到的各炮孔及地面测点的位置坐标，计算出各炮 孔到地面测点的距离以及对应的膨胀波入射角与剪切波反射角；
[0019]S6、根据步骤S5获取的各炮孔到地面测点的距离、以及步骤S1获取 的岩土力学参数和步骤S2获取的爆破荷载参数，计算出各炮孔单独激发下 的质点振动速度；
[0020]S7、根据步骤S5获取的各炮孔到地面测点对应的膨胀波入射角与剪切 波反射角，计算出各炮孔单独激发下的地表对爆破振动波的膨胀波反射系 数和剪切波反射系数；
[0021]S8、根据步骤S5获取的各炮孔到地面测点对应的膨胀波入射角与剪切 波反射角以及步骤S7获取的各炮孔单独激发下的地表对爆破振动波的反射 系数，计算出地面测点的振动速度；
[0022]其中，当步骤S3确定的起爆方式为单个球形装药条件下的单炮孔起爆 方式时，则此步骤S8求得的地面测点的振动速度，即为单个球形爆破荷载 作用下的地面测点振动速度；
[0023]当步骤S3确定的起爆方式为多个球形装药条件下的多炮孔同时起爆方 式及多个球形装药条件下的多炮孔延迟起爆方式时，则此步骤S8求得的地 面测点振动速度，即为多个球形爆破荷载作用下的地面测点振动速度。
[0024]上述技术方案步骤S4中，各炮孔及地面测点的位置坐标，具体通过如 下方式获取：
[0025]首先，以一个炮孔作为基准炮孔，并以此基准炮孔在地面的投影作为 原点O，建立一个xyz三轴空间直角坐标系，然后再基于这个xyz三轴空间 直角坐标系系，分别确定出各炮孔及地面测点的位置坐标；
[0026]其中，xyz三轴空间直角坐标系的x轴，与基准炮孔在地面的投影与地 面测点之间连线共线；
[0027]xyz三轴空间直角坐标系的y轴，与基准炮孔在地面的投影与地面测点 之间连线垂直，并与xyz三轴空间直角坐标系的x轴共平面，并共同位于 地面上；
[0028]xyz三轴空间直角坐标系的z轴，与xyz三轴空间直角坐标系的x轴、 y轴垂直，并与基准炮孔的中轴线共线。
[0029]上述技术方案步骤S5中，各炮孔到地面测点的距离，具体通过如下计 算公式求得：
[0030][0031]式(1)中：r
m
为炮孔m到地面测点的距离；x
m
为炮孔m的x轴坐标 值；y
m
为炮孔m的y轴
坐标值；z
m
为炮孔m的z轴坐标值；x0为地面测 点的x轴坐标值；y0为地面测点的y轴坐标值；m为炮孔编号，其取值为1， 2，3
…
；
[0032]步骤S5中，各炮孔到地面测点对应的膨胀波入射角及剪切波反射角， 具体通过如下计算公式求得：
[0033][0034][0035][0036]式(2)
‑
(4)中：为炮孔m到地面测点对应的膨胀波入射角；z
m
炮 孔m的z轴坐标值；r
m
为炮孔m到地面测点的距离；为炮孔m到地面 测点对应的剪切波反射角；K为泊松比的函数；ν为柏松比；m为炮孔编号， 其取值为1，2，3
…
。
[0037]上述技术方案步骤S6中，各炮孔单独激发时的质点振动速度，具体通 过如下计算公式求得：
[0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044][0045]式(5)
‑
(11)中：V
m
为炮孔m单独激发的质点振动速度；a为爆破 荷载加载半径；r
m
为炮孔m到地面测点的距离；t为时间；ω为圆频率；k 为复波数；i为虚单位；P(ω)为爆炸荷载的傅里叶谱；λ和μ为弹性拉梅系数； λ'
′
和μ
′
为粘性拉梅系数；d为阻尼比；E为弹性模量；η为粘性系数；ν为泊 松比；ρ为介质密度；P0为爆破荷载峰值，τ1为爆破荷载上升时间，τ2为 爆破荷载总持续时间，T0为延迟起爆时间。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于球形装药条件下的地面振动预测方法，其特征在于：包含如下步骤：S1、获取待爆破区域的岩土介质力学参数；所述岩土介质力学参数包含岩土介质密度、弹性模量、柏松比、阻尼比、粘性系数以及爆破引起的地面振动频率；S2、确定待爆破区域的爆破荷载参数；所述爆破荷载参数包含爆破荷载加载半径、爆破荷载峰值、爆破荷载上升时间及爆破荷载总持续时间；S3、确定待爆破区域的起爆方式；所述起爆方式包含单个球形装药条件下的单炮孔起爆方式、多个球形装药条件下的多炮孔同时起爆方式及多个球形装药条件下的多炮孔延迟起爆方式；S4、根据步骤S3确定的起爆方式，在待爆破区域布设好炮孔及地面测点，并获取各炮孔及地面测点的位置坐标；其中，当步骤S3确定的起爆方式为单个球形装药条件下的单炮孔起爆方式时，则在待爆破区域需要布设的炮孔数量为一个，在此起爆方式下，需先在待爆破区域布设好单炮孔及地面测点，然后再获取单炮孔的位置坐标与地面测点的位置坐标，随后再进入步骤S5；当步骤S3确定的起爆方式为多个球形装药条件下的多炮孔同时起爆方式或多个球形装药条件下的多炮孔延迟起爆方式时，则在待爆破区域需要布设的炮孔数量为多个，在此起爆方式下，需先在待爆破区域布设好各炮孔及地面测点，然后再获取各炮孔的位置坐标与地面测点的位置坐标，随后再进入步骤S5；S5、根据步骤S4获取到的各炮孔及地面测点的位置坐标，计算出各炮孔到地面测点的距离以及对应的膨胀波入射角与剪切波反射角；S6、根据步骤S5获取的各炮孔到地面测点的距离、以及步骤S1获取的岩土力学参数和步骤S2获取的爆破荷载参数，计算出各炮孔单独激发下的质点振动速度；S7、根据步骤S5获取的各炮孔到地面测点对应的膨胀波入射角与剪切波反射角，计算出各炮孔单独激发下的地表对爆破振动波的膨胀波反射系数和剪切波反射系数；S8、根据步骤S5获取的各炮孔到地面测点对应的膨胀波入射角与剪切波反射角以及步骤S7获取的各炮孔单独激发下的地表对爆破振动波的反射系数，计算出地面测点的振动速度；其中，当步骤S3确定的起爆方式为单个球形装药条件下的单炮孔起爆方式时，则此步骤S8求得的地面测点的振动速度，即为单个球形爆破荷载作用下的地面测点振动速度；当步骤S3确定的起爆方式为多个球形装药条件下的多炮孔同时起爆方式及多个球形装药条件下的多炮孔延迟起爆方式时，则此步骤S8求得的地面测点振动速度，即为多个球形爆破荷载作用下的地面测点振动速度。2.根据权利要求1所述的基于球形装药条件下的地面振动预测方法，其特征在于：步骤S4中，各炮孔及地面测点的位置坐标，具体通过如下方式获取：首先，以一个炮孔作为基准炮孔，并以此基准炮孔在地面的投影作为原点O，建立一个xyz三轴空间直角坐标系，然后再基于这个xyz三轴空间直角坐标系系，分别确定出各炮孔及地面测点的位置坐标；其中，xyz三轴空间直角坐标系的x轴，与基准炮孔在地面的投影与地面测点之间连线
共线；xyz三轴空间直角坐标系的y轴，与基准炮孔在地面的投影与地面测点之间连线垂直，并与xyz三轴空间直角坐标系的x轴共平面，并共同位于地面上；xyz三轴空间直角坐标系的z轴，与xyz三轴空间直角坐标系的x轴、y轴垂直，并与基准炮孔的中轴线共线。3.根据权利要求2所述的基于球形装药条件下的地面振动预测方法，其特征在于：步骤S5中，各炮孔到地面测点的距离，具体通过如下计算公式求得：式(1)中：r
m
为炮孔m到地面测点的距离；x
m
为炮孔m的x轴坐标值；y
m
为炮孔m的y轴坐标值；z
m
为炮孔m的z轴坐标值；x0为地面测点的x轴坐标值；y0为地面测点的y轴坐标值；m为炮孔编号，其取值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海波，李志文，李晓锋，刘黎旺，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：