有限水域的爆炸振动效应与减振措施

　　引　　言

　　水介质具有各向同性、可压缩性小和自身消耗变形能少等特点,是理想的压力传递介质。随着科学技术的发展和经济建设的需要,利用水介质这种特性的水下爆炸技术越来越多地应用于科学研究和工程爆破实践,如炸药爆炸能量研究的水下爆炸法、水压爆破拆除废旧建筑物、爆炸成型、水下爆炸切割、软基处理以及岩塞爆破等。但是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。

　　1　问题的提出

　　水下爆炸法研究炸药爆炸能量的水池视实验药量对水体尺寸要求不一,近年来我们致力于在有限水域(钢制水池Φ5.5×3.62m)中,研究与炸药作功能力测定———铅　扩孔法相同的10克工业药量爆炸能量[1],爆炸水池位于两座教学实验楼中间的院子里,地面是0.2m厚混凝土。西、北方向距爆破实验楼(三层)最近,分别为6.0m和8.0m,该楼地下有废弃的防空洞,南面距化学实验楼(五层)30.0m,楼有万分之一天平、红外光谱仪、气象摄谱仪等精密分析仪器,环境平面见图1。水池注满水后总重量110吨,每年进行爆炸试验约几百次,相对集中时每炮间隔15~20分钟,为了隔振水池底与地面间铺垫了枕木,间隔0.2m(以前曾尝试开挖1.5m深的减振沟)。尽管试验装药量很少且采取了一定隔振措施,放炮时两座楼内工作人员仍感觉到振动十分明显,用40fps的数字摄像机拍摄时发现,起爆后水池跳起约5mm,这说明枕木没有起到隔振作用,10克药量产生的冲击波能和气泡能使水池发生了垂直位移,所以有时不得不将水下爆炸试验的药量减少或改在其它时间进行。这种现象持续了几年后发现:爆破实验楼个别钢门、窗框略有变形,开启困难;爆破实验楼二、三层局部楼面和一层个别墙面出现了细微裂缝这些情况的出现或许是由于随时间推移建筑物沉降不均引起的,但从水下爆炸时振感明显且放炮频繁就难以排除振动疲劳效应对建筑物造成损伤。因此迫切需要研究更有效的减振技术以解决水下爆炸试验的振动效应。

　　2　方案选择及减振基础结构

　　10克炸药在水中爆炸后,产生超压很高的冲击波和膨胀———收缩的气泡脉动压力波,冲击波作用时间短(约几十us),衰减快频率高,气泡脉动周期时间长(50~60ms)衰减慢频率低,装药对水体作功使水池产生振动是两者共同作用的结果,减振设计就要把水体与钢制水池视为一整体考虑。