爆破地震波波长对建筑物基础的影响

杨迪 张梦凡 许果

摘要本文介绍了爆破地震波的形成，了解了爆破地震波的传播特点，并知道了爆破地震波的周期和频率。通过求解建筑物运动方程，得出爆破地震波波长对建筑物基础的影响，从而知道远区的建筑物较近区的建筑物更容易发生共振现象，且共振的破坏作用要大得多。

关键词爆破地震波传播波长共振

一、引言

随着爆破技术的不断发展和完善以及城镇建设改革的需要，工程爆破的应用范围己由最初的采矿、修路发展到今天的城市大型建（构）筑物的拆除、基坑的开挖以及城区道路和机场的平整建设等；爆破的环境也己由人烟稀少的荒郊野外转移到人口密集的城镇。工程爆破的应用极大地降低了人们的劳动强度，加快了建设速度，提高了工作效率。但是随着爆破技术的广泛应用，人们越来越关注爆破对周围环境和建筑物造成的影响，尤其是爆炸时产生的灰尘、震动等问题更加得到了重视。

二、爆破地震波

（一）爆破地震波的形成

炸药爆炸释放出来的能量以两种形式表现出来，一种是冲击波，另一种是爆炸气体。随着传播距离的增大，冲击波衰减为应力波和地震波，地震波引起的（近地表）地面振动称为地震动。当这种震动达到一定强度时，就会对爆区周围的建筑物造成一定的破坏。

炸药在岩（土）体中爆炸时，一部分能量对炸药周围的介质引起扰动，并以波动形式向外传播。通常认为：在爆炸近区（药包半径的10～15倍），传播的是冲击波。在中区（药包半径的15～150倍）为应力波。当应力波继续向外传播，波的强度进一步衰减，其作用只能引起质点做弹性振动，而不能引起岩石破坏，这种波称为弹性波。地震波是一种弹性波，它包含在介质内部传播的体波和沿地面传播的面波。

爆破过程中造成岩石破裂的主要原因是体波的作用，而造成爆破地震破坏的主要原因是面波的作用。在短距离内，所有的三种波（（P波、S波、R波）几乎是一起到达，因而辨认地震波的类型是非常复杂的。而在远距离处，传播速度较慢的S波，R波开始与P波分离，就能辨认它们。

（二）爆破地震波的传播特点

爆破地震波在岩土介质中的传播，是复杂的波动过程的合成，纵波与横波以及面波、直达波与反射波及折射波等组成的复杂振动，通过介质从爆源向四周传播，由于纵波、横波和面波的传播速度各不相同，在岩土介质中传播不断产生反射波、折射波等后生波，与直达波之间不断发生相长与相减叠加，使得爆破地震波的波形参数随时间不断发生变化。

爆破地震波随着传播介质的不同，其传播特性也不同，尤其在缺陷介质中的传播更具多样性。爆破点周围的地层起过滤系统的作用，以不同的速率抑制或衰减爆破地震波频谱。爆破地震波在传播过程中，可能会因为各种原因而具有其几何扩展特性。其另一个特点是能量释放的过程持续时间一般较短，并且具有一定的突然发生的瞬态冲振动的特性。

对于爆破地震波的传播特性，其在空气和水中的特性己被广泛认识。但是对于在岩土介质当中来说，情况则要复杂得多。因为岩土具有不同的物理力学性质，其物理力学性质有时是连续的变化，有时又是突然跃迁变化的，加之岩石本身的地质因素，天然岩体并非均质体，岩体中含有大量的断层、节理及裂隙等，使得岩体具有非连续性和显著的各向异性。节理的存在使得爆炸能量分布不平衡，严重阻碍应力波的传播，造成应力波能量的急剧衰减，所以要确定爆破震动波的传播特性则要困难得多。

（三）爆破地震波的周期和頻率

一般用最大振幅A所对应的一个波的周期作为地震波的参数，频率为其倒数。由于地震波明显的瞬态振动特征，为一频域较宽的随机信号，用频谱分析方法得出频谱可描述其频率特征。

涅尔谢索夫等人认为爆破地震波的周期与药量或当量Q有关，通过总结得出，在爆点附近，瑞雷波的周期基本上不改变。

三、爆破地震波的波长对建筑物动力响应的影响

不同波长的地震波对建筑物的影响是不同的。当地震波波长比建筑物基础尺寸大得多，或基础为刚性基础时，建筑物的基础在地震波作用发生振动时，基础上各个点的振动轨迹是相似的，所以建筑物基础不产生相对位移，基础结构各构件的变形是一致的。而当地震波长与建筑物尺寸相当，且结构的基础并不是刚性的，或者不是整体的，建筑物的基础各点在地震波作用下运动是不相同的，基础各个点将发生水平方向差动或竖直方向差动。

四、结论

综合上面的讨论，我们知道：当建筑物的频率与爆破地震波频率相近时，建筑物对地震波速度响应得到加强；而当爆破地震波频率比建筑物自振频率大得多时，建筑物对地震波速度响应较弱。当建筑物的长度比爆破地震波波长大得多时，建筑物对地震波速度响应较弱。我们在理论上解决了一些实际问题，譬如在爆破地震波发生时，近区域的建筑没有遭到破坏，而处在远区域的建筑物却受到了很大的影响。通过结论，我们知道：远区的建筑物较近区的建筑物更容易发生共振现象，且共振的破坏作用要大得多，通过分析我们还知道动力响应的动力系数与阻尼比有关系。阻尼比大，则动力系数小；反之就起到了很大的破坏作用。

五、小结

关于爆破振动和建筑物对爆破振动的响应己经有很多人进行了初步的探讨，但是深入的理论研究文献还是比较鲜见的，因此在这个领域需要扩展的空间还很大，需要有更多的人投入到这些方面的研究工作来。

（作者单位：襄阳职业技术学院）