一種小藥量爆破振動(dòng)地質(zhì)因素實(shí)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及沙苑子屬于工程爆破振動(dòng)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小藥量爆破振 動(dòng)地質(zhì)因素（k、a值）實(shí)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前確定爆破振動(dòng)強(qiáng)弱的指標(biāo)主要有振動(dòng)速度和主振頻率兩個(gè)參數(shù)?！侗瓢踩?規(guī)程》（GB6722-2014)規(guī)定了各類保護(hù)物的允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。不同爆破環(huán)境下，應(yīng)根據(jù) 具體要求確定具體的爆破振動(dòng)安全距離。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度測試方法直接影響測試結(jié)果的真實(shí) 性。特別是k、a值要在具體的工程條件下確定，因此使用小藥量爆破，通過定點(diǎn)監(jiān)測取得 振速數(shù)據(jù)，回歸分析來確定Κ、α值。
[0003] 工程爆破振動(dòng)測試研究的主要內(nèi)容： 爆破振動(dòng)測試，一般有以下兩種類型：一類是對(duì)爆破可能引起損傷的重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象在 爆破施工作業(yè)中進(jìn)行全過程監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)是評(píng)價(jià)保護(hù)對(duì)象安全狀況的重要依據(jù)。對(duì)這樣 的監(jiān)測項(xiàng)目，應(yīng)在每次爆破后及時(shí)提交監(jiān)測報(bào)告，用以評(píng)估保護(hù)對(duì)象的安全狀況和指導(dǎo)爆 破施工；另一類是針對(duì)重大爆破工程在現(xiàn)場條件下進(jìn)行小型爆破試驗(yàn)所安排的監(jiān)測項(xiàng)目， 用取得的監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)選擇爆破參數(shù)和優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，也是對(duì)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行安全評(píng)估的重 要依據(jù)。
[0004] 工程爆破振動(dòng)對(duì)建(構(gòu)）筑物的危害： 工程爆破振動(dòng)對(duì)建(構(gòu)）筑物的危害主要是爆破振動(dòng)引起建筑物在水平和豎直方向的 振動(dòng)，而一旦爆破振動(dòng)頻率等于或接近建(構(gòu))筑物固有頻率時(shí)，將會(huì)引起嚴(yán)重后果。從一般 的首破振動(dòng)彈性結(jié)構(gòu)中位移響應(yīng)的放大系數(shù)來看，
式中，MF為振動(dòng)位移的放大系數(shù)；f為外加干擾力的頻率；fn為結(jié)構(gòu)的固有頻率。放大 系數(shù)是隨比值f/fn而變化的，比值相差越遠(yuǎn)，MF就越小；越接近，MF就越大，也就是說，當(dāng) 爆破產(chǎn)生的振動(dòng)主頻率與建筑物的固有頻率越接近時(shí)，對(duì)建筑物的危害越大，反之，則危害 小。
[0005] 爆破振動(dòng)地質(zhì)因素Κ、α值的推算： 目前，我國爆破工程界對(duì)于爆破振動(dòng)速度的計(jì)算，在理論的推導(dǎo)上，由于爆破振動(dòng)速度 的大小與炸藥量、距離、地形、爆破方法等有關(guān)，推導(dǎo)出的公式較多，目前使用較多的是由相 似理論，量綱分析的結(jié)果給出按藥量立方根比例推算的方法決定函數(shù)關(guān)系（薩道夫斯基提 出的經(jīng)驗(yàn)公式)。
式中：V為爆破振動(dòng)速度（cm/s)。k為巖石介質(zhì)、地質(zhì)條件的系數(shù)。Α為衰減系數(shù)。 [0007] Q為單段最大藥量（Kg)。R為測點(diǎn)與爆心的距離（m)。
[0008] 由于工程爆破的地質(zhì)條件瑤瑤結(jié)構(gòu)等條件千變?nèi)f化，式中的參數(shù)經(jīng)常變化，通常 使用小藥量試爆，測試數(shù)據(jù)V、R、Q值進(jìn)行線性回歸，計(jì)算出a、b的數(shù)值。即將上式兩邊取 對(duì)數(shù)得：
求出k與α值，然后根據(jù)設(shè)計(jì)的Q、R值計(jì)算出V值。同時(shí)應(yīng)使V值小于《爆破安全規(guī) 程》（GB6722-2014)規(guī)定的安全振速范圍值。
[0009] 薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式的重要性、復(fù)雜性、不準(zhǔn)確性： 通常，國內(nèi)習(xí)慣上采用速度的3個(gè)分量中最大的一個(gè)作為破壞判據(jù)，故準(zhǔn)確的預(yù)測出 個(gè)方向最大振動(dòng)速度尤為重要。常用的做法是：根據(jù)爆破經(jīng)驗(yàn)或爆破試驗(yàn)過程中測得的實(shí) 際數(shù)據(jù)，一薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式為基本形式，采用最小二乘法進(jìn)行擬合求得相應(yīng)的爆破振 動(dòng)參數(shù)的衰減方程。
[0010] 在爆破地震波衰減規(guī)律分析中，經(jīng)常需要將相同地形、地質(zhì)條件和爆破參數(shù)條件 下測得的爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)用最小二乘法進(jìn)行回歸分析，求得Κ、α值。爆破振動(dòng)衰減規(guī)律的回 歸計(jì)算一般需要至少6個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)必須符合正態(tài)分布規(guī)律。
[0011] 采用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度進(jìn)行預(yù)測，在實(shí)際應(yīng)用中取得了一定的 效果，但預(yù)測值與現(xiàn)場實(shí)測值往往存在較大誤差，一個(gè)重要的原因是Κ、α的取值存在主觀 隨意性，在實(shí)際應(yīng)用中，Q、R值易于準(zhǔn)確判定，而Κ、α值受較多因素的影響，其取值相對(duì)難 以準(zhǔn)確的符合實(shí)際情況，從而，導(dǎo)致計(jì)算中爆破振動(dòng)速度的預(yù)測誤差。再者，從爆破理論可 知，爆破地震波從離爆源進(jìn)區(qū)向遠(yuǎn)區(qū)傳播，經(jīng)歷著非彈性介質(zhì)狀態(tài)、非線性彈性形變及彈性 形變幾個(gè)區(qū)域，其衰減指數(shù)也是不同的。一般，在離爆源近區(qū)高，α值接近于3,而在傳播過 程中，逐步衰減為接近1。因此，在應(yīng)用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式時(shí)，如不考慮公式的適用范 圍，計(jì)算結(jié)果用于安全評(píng)估，顯然是不可靠的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是，在爆破振動(dòng)測試技術(shù)領(lǐng)域中，采用小藥量試爆，根據(jù)試驗(yàn)測定的 爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度值來反推地質(zhì)因素k、α值。在一定程度上能反映真實(shí)情況，進(jìn)行有效 準(zhǔn)確的評(píng)估。同時(shí)減少對(duì)保護(hù)對(duì)象的危害。
[0013] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種小藥量爆破振動(dòng)地質(zhì)因素實(shí)測方法，包括以下步驟： S1，測點(diǎn)選擇與布置； S2,傳感器具體布設(shè)； S3，爆前打開測振儀； 54, 安全警戒，人員撤離，并向指揮長匯報(bào)； 55, 起爆，測振儀觸發(fā)記錄； 56, 爆破后收取儀器，匯報(bào)安全情； 57, 讀取數(shù)據(jù)，分析與處理： 針對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式
式中：V為爆破振動(dòng)速度（cm/s)，k為巖石介質(zhì)、地質(zhì)條件的系數(shù)，A為衰減系數(shù)， Q為單段最大藥量（Kg)，R為測點(diǎn)與爆心的距離（m)， 使用小藥量試爆，測試數(shù)據(jù)V、R、Q值進(jìn)行線性回歸，計(jì)算出a、b的數(shù)值； 即將上式兩邊取對(duì)數(shù)得：
求出k與α值，然后根據(jù)設(shè)計(jì)的Q、R值計(jì)算出V值； 應(yīng)用最小二乘法，求出函數(shù)中有關(guān)參數(shù)的估計(jì)值。
[0014] 進(jìn)一步地，所述實(shí)測方法應(yīng)用最小二乘法，求出函數(shù)中有關(guān)參數(shù)的估計(jì)值的具體 步驟為： 設(shè)實(shí)測值為η組數(shù)據(jù)，（xl，yl)，…，（xn，yn)，利用回歸方程式（1)求a，b值，可得很 多組a，b，最小二乘法就是找出一組S，$為最合適值，使
為最小值； 得到：
式（3)為誤差方程，設(shè)Q為誤差平方和：
因?yàn)閤i與yi是實(shí)測值，所以Q只是a，b的函數(shù)；最小二乘法就是要找出合適的S?， 在a=:沒:，b=名時(shí)，Q值達(dá)到最小，即誤差項(xiàng)ε i的平方和達(dá)到最小，這樣yi= + xi與實(shí) 際值的擬合達(dá)到最佳狀況； 從數(shù)學(xué)上，因?yàn)镼是a，b的函數(shù)，故可以用求極值的方法找出遂:，|，這里用回歸分析的 方法來處理，設(shè)?'與$是下列方程組的解：

上式對(duì)一切a，b均成立；這就證明滿足式（5)的J，?·值可以使Q (a，b)達(dá)到最?。?將式（5)整理后即得
由第一式除n，可得S = 再代入第二式得：
這樣，我們就可以求出所需要的?，?值； 在式（1)中，a稱為回歸常數(shù)，b稱為回歸系數(shù)，而則是這兩個(gè)參數(shù)的估計(jì)值(最小 二乘法估計(jì)值)，我們把A + | X所估計(jì)的y記做.V，于是有： %: = + X 式（7) 這就是根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)（xl，yl)，…，（Xn，yn)求得的回歸方程； 為了計(jì)算方便，我們?cè)O(shè)：
其中：
.經(jīng)過變換可以得出一般求a、b的公式：

〇
[0015] 更進(jìn)一步地，所述測點(diǎn)選擇與布置具體為： 沿爆源中心的徑向?qū)y點(diǎn)布置在一條直線上； 測點(diǎn)數(shù)量一般不能少于6個(gè)； 測點(diǎn)應(yīng)在同一高程上或同一基巖上，每一測點(diǎn)最好能同時(shí)測試三個(gè)相互垂直方向的 量； 沿徑向方向，相鄰兩測點(diǎn)之間的比例距離R/ Q1/3的對(duì)數(shù)值之差最好為常數(shù)。
[0016] 更進(jìn)一步地，所述傳感器具體布設(shè)具體為： 安裝前，應(yīng)根據(jù)測點(diǎn)布置情況對(duì)測點(diǎn)及其傳感器進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，約定傳感器的X方向 為水平徑向，Y方向?yàn)樗角邢?；Z方向?yàn)榇怪毕颍?巖石介質(zhì)上的傳感器安裝應(yīng)對(duì)表面進(jìn)行清理、清洗；速度傳感器與被測目標(biāo)的表面形 成剛性連接；加速度傳感器與介質(zhì)連接時(shí)，所用螺栓應(yīng)與檢定時(shí)一致，不得出現(xiàn)松動(dòng)與滑動(dòng) 現(xiàn)象； 土層介質(zhì)上的傳感器安裝應(yīng)使傳感器與介質(zhì)緊密連接；砂土質(zhì)介質(zhì)或基礎(chǔ)上的傳感器 安裝，應(yīng)將傳感器上的長螺釘全部插入被測介質(zhì)內(nèi)，使傳感器與介質(zhì)緊密連接；或?qū)⒈砻婧?實(shí)，輔以砂或碎石并修筑混凝土臺(tái)，然后將傳感器固定于臺(tái)面； 在傳感器安裝過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制每一測點(diǎn)不同方向的傳感器安裝角度，誤差不大于 5° ； 內(nèi)部測點(diǎn)傳感器的充填材料的聲阻抗與被測介質(zhì)一致。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明的爆破振動(dòng)地質(zhì)因素實(shí)測方法，測試數(shù)據(jù)V、R、Q值進(jìn)行線性回歸，計(jì)算得出k、 α值。這樣能準(zhǔn)確地反映真實(shí)情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和有效的評(píng)估。既減少了對(duì)建筑物及保 護(hù)對(duì)象的危害，又提高了爆破振動(dòng)的功效。實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快捷、高效的效果。
[0018] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0019] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0020] 圖1是本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0022] -種小藥量爆破振動(dòng)地質(zhì)因素實(shí)測方法，包括以下步驟： S1，測點(diǎn)選擇與布置； S2,傳感器具體布設(shè)； S3，爆前打開測振儀； 54, 安全警戒，人員撤離，并向指揮長匯報(bào)； 55, 起爆，測振儀觸發(fā)記錄； 56, 爆破后收取儀器，匯報(bào)安全情； 57, 讀取數(shù)據(jù)，分析與處理： 針對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式
式中：V為爆破振動(dòng)速度（cm/s)，k為巖石介質(zhì)、地質(zhì)條件的系數(shù)，A為衰減系數(shù)， Q為單段最大藥量（Kg)，R為測點(diǎn)與爆心的距離（m)， 使用小藥量試爆，測試數(shù)據(jù)V、R、Q值進(jìn)行線性回歸，計(jì)算出a、