爆炸水池水下爆炸振动传播的测试分析

刘晓文,曹祖贵,黄 麟,高玉刚

(安徽理工大学化工学院, 安徽淮南 232001)

爆炸水池水下爆炸振动传播的测试分析

刘晓文,曹祖贵,黄 麟,高玉刚

(安徽理工大学化工学院, 安徽淮南 232001)

采用UBOX-爆破振动记录仪对爆炸水池中炸药爆炸振动效应进行了研究,记录炸药在水池中爆炸时产生的地震波,并对其进行分析,得到振速、装药量和距离的关系,为以后实验室条件下水池安全布药提供指导,并验证了减振改造的效果。

水下爆炸; 爆炸震动; 地震波; 减振

一 引言

随着我国经济的快速发展,水下爆破的应用十分广泛,人们越来越关注爆破振动对周围环境的影响。很多工程爆破的纠纷都与爆破振动有关,如:建筑物裂缝、门窗振响、边坡滑塌以及人畜震惊等的投诉涉及到爆破施工方面,所以对爆破振动的研究一直是人们所关注的重要课题。由于水中装药爆炸的一部分能量会以波的形式经水介质向外传播引起相邻地层介质的振动,当振动强度达到一定数值时,能对地面和地下建筑物造成破坏。有一些水下爆炸项目装药量很少,引起的振动效应也较弱,但爆炸次数多,周围建筑物振动频繁,特别是距离较近,建筑物强度不高且地下结构又较复杂的情况下,引起的疲劳损伤将造成永久性损坏。这种危害是爆破安全所关注的问题。本文针对安徽理工大学爆破实验楼南侧爆炸水池的爆破实验情况进行了测试和分析,获得振动波形,并对其进行分析,得到振速、装药量和距离的关系。测试的环境如图1所示。水池规格为Φ5.5 m×3.62 m,水池内充满水。

二 实验研究

1 实验仪器

本试验采用的仪器是四川拓普测控科技有限公司生产的ubox-5016型便携式振动分析仪。这种测振仪可以放在测点处,从而省去测量导线和电源线,一改过去爆破振动有线测量方式为自记方式,具有仪器轻、价格低廉、操作简单、工作可靠等特点。

图1 测试环境图

2 测试过程

参数设置。采样频率20 kHz;采样时间1 s;触发方式:通道出窗触发方式;触发电平50 mv;通道耦合:直通方式;预采样长度:记录触发前的数据,设置成256个样点。

布置测点。选择同直线上3个测点,编号分别为A、B、C,离药包的距离分别为3 m、6 m、9 m。测点选择完毕后,围绕测点分别布置径向、切向、垂直方向的传感器,用石膏固定传感器。

测试。在铁架中央固定10 g TNT当量药包(含雷管),用电动机将其吊入水池中央2/3高度。打开自记仪,放炮记录数据。为保证实验数据的可靠性每个测点平行做四次。实验数据如表1所示。

表1 水池实测振动速度与主震频率

3 实验数据的分析

最小二乘法回归振速公式的K,α值将表1中所得数据取平均值,采用萨道夫斯基经验公式进行回归。

图2 K、α直线拟合图

所以α=1.518,K=53.9。

由此得到实验条件时的振速公式

三 爆破实验楼安全预测

用BMana.exe分析软件来分析所测出来的波形,得安全预测图如图3、4、5所示,其中图3中ρ=Q1/3/R。

爆破实验楼南侧房间距水池最近,受到爆炸实验影响也最大,所以取南侧房间为参考对象进行估算,此时R=6.0 m,如取爆炸水池承载的最大药量为20 g TNT,用上述回归公式算出的最大振速为:V =0.491 cm·s-1,估算得到的数值对于砖混结构的建筑物是安全的。通过实验得到的数据进行回归得到的爆破振动公式(2)预测7.5 m、10.5 m和13.5 m的振速分别为0.247 cm·s-1、0.148 cm·s-1、0.101 cm·s-1。与张立等人减振实验所测得的结果进行比较,发现比减振后数据略大,但是明显小于减振前的数据。笔者认为这是由于爆炸水池经过多年的使用,减振效果有所减弱,但水池目前的减振措施对周围的环境仍有保护作用。

四 结论

根据爆破安全中建(构)筑物地面质点振动速度允许标准,10 g炸药(TNT当量)在水池爆破时,离水池十米左右的地方振动速度约为0.159 cm·s-1,主震频率约为20 Hz,对火工楼基本无影响。

2005年爆炸水池作过减振改造,减振效果显著,经过多年使用,作用虽有所衰减,但爆炸振动仍远低于改造前,减振改造对以后减振项目有一定的参考价值。

地面振动速度随着距离增大而发生衰减符合萨道夫斯基经验公式,回归出的振速、装药量与距离的经验公式,对以后水下爆炸试验装药量以及爆炸水池减震效果提供一定的依据。

从主振频率来看水下爆炸对结构物的影响比较明显,特别是近距离多层建筑物影响较大。

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[4] 张立.有限水域的爆炸振动效应与减振措施[J].噪声与振动控制,2003,(2):32-34.

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

刘晓文(1984-),男,安徽安庆人,研究生,研究方向为应用化学,电话15855405486。