高地应力环境下梯段爆破诱发振动特征的试验研究

　　1 引 言

　　爆破振动是岩石爆破开挖过程不可避免的负面效应。对地应力较低的露天和地下硐室开挖爆破诱发的振动,通常为爆炸荷载作用在岩土介质中引起的弹性 振动。然而,对于高地应力条件下的地下硐室爆破开挖,由于开挖轮廓面上的岩体应力(开挖荷载)在很短的时间内卸荷至零,这必然会在围岩中产生强烈的应力调 整并激起开挖卸载振动,因此高地应力条件下爆破开挖诱发的围岩振动与露天爆破振动有很大差异:前者除了常规爆破振动外,尚包含开挖卸荷振动。

　　已有许多学者对不同爆源条件下爆破诱发振动的特征进行了研究。杨桂桐〔1〕通过对露天矿爆破的振动资料进行傅立叶分析表明,其他条件相同的情况 下,主频随药量或爆心距的增大而减小。李彤华等〔2〕对露天不同高度台阶爆破的振动信号进行频谱分析,结果表明爆炸能量越大则爆破振动信号主频越低。凌同 华等〔3〕利用小波包分析的方法分析了地下工程爆破振动信号不同频段上的能量分布特征。李洪涛等〔4〕对不同爆源形式的爆破地震能量分布特征进行了分析, 得到在孔深、孔径基本相同的情况下,露天爆破地震主振频带更倾向低频端;地下工程爆破地震40 Hz以下的能量比例非常小。

　　若要对高地应力条件下爆破诱发振动的特征进行深入分析,则必须对初始地应力动态卸载展开研究。国内外已有学者在这方面进行了相关研究。 Carter和Booker〔5〕通过理论分析证明,岩体初始应力的瞬态卸荷可以在围岩中诱发振动,并且振动的幅值随卸荷速率的提高而增大。卢文波等 〔6〕和易长平等〔7〕的初步研究也表明,中高地应力状态下爆破开挖引起的卸载波是导致岩体开挖松动的重要因素;岩体中初始地应力越高,开挖荷载的幅值越 大,其诱发的围岩振动越强。卢文波等〔8〕进一步的研究表明,中高地应力条件下爆破开挖过程中,在一定的地应力水平下地应力动态卸载所诱发的振动,有可能 超过爆炸荷载所诱发的振动而成为围岩总体振动的主要部分。

　　本文主要利用傅立叶变换和小波变换等振动分析方法,通过将露天梯段爆破与高地应力环境下梯段爆破的实测数据进行对比分析,对高地应力环境下爆破施工所诱发振动的特征进行了初步的研究。

　　2 爆破条件及实测振动资料

　　2. 露天梯段爆破

　　选取的实测资料为华能福州电厂三期灰库基础开挖工程的一次深孔爆破。该工程所开挖的山体高程在517~1514m之间,最大高差约10m。场区 岩体主要为花岗岩,且大部分完整、致密坚硬。相关钻爆参数为:炮孔直径90mm,台阶高度7~9m,间排距310mX10m,炸药采用2#岩石乳化炸药; 采用接力式起爆网路(塑料导爆管起爆网路),孔外接力雷管采用MS7段雷管,单孔单响分10段起爆。