爆破地震效应 (seismic effect of blasting)

爆破地震波在地层中传播时引起的震动及其对建(构)筑物的影响。认识爆破地震波的危害，做好震害的预防是爆破安全要解决的重要课题。

爆破地震波炸药在土岩介质中爆炸时所释放的能量中，有一小部分以波的形式从爆源向周围介质传播而形成。这种波是由弹性波引起的。当震动强度超过一定限度时，就会使建筑物损坏，露天矿山边坡出现裂隙、滚石和坍塌，地下巷道掉块、开裂。爆破地震波有几种类型，以不同波速传播，在岩土内部传播的称为体波，只限于地表传播的称为表面波。体波包括纵波(又称压缩波或P波)和横波(又称剪切波或S波)。表面波包括瑞利波(R波)和劳夫波(L波)。纵波传播速度最快，在岩石中达3000～7000m/s；横波波速约为纵波的9/10；表面波波速约为纵波的1/2。受层理裂隙的影响，岩体中的波速，一般均低于同类岩石试件中的波速。在爆源附近.体波占优势，远处表面波占优势。由于波的扩散和介质问的摩擦损耗，波的振幅y随距离R呈指数衰减：y=R^-n，n=0.5～2。岩体的非均质性和层理裂隙还使波发生反射、折射及干涉现象。在爆源附近观测到的地震波是各种波的复杂组合。图1是露天矿深孔多排微差爆破的振动记录，曲线表示振动强度随时间变化的过程，简称振动波形，它形象地表示出振动强度、周期或频率及振动持续时间等地震波的特性参量。其中从零算起的振幅值中最大者A为振动强度幅值，A可以是位移、速度或加速度，T为主振相周期，其倒数为主振相频率，可从图中量取，或应用计算机对振动速度时程曲线进行频谱分析。图2为图1所示曲线的频谱，其中相对振幅为1者所对应的频率是主振相频率，t为波的持续时间。露天矿山爆破时，记录到的振动速度为100～0.1cm/s，频率为10～30Hz，振动持续时间1s左右。和天然地震比较，爆破地震波衰减快、频率高、持续时间短，破坏性也小些。

图1 露天矿山微差爆破地震振速时间曲线

图2 图1所示曲线的频谱

爆破地震波危害为爆破公害的一个主要问题。开采爆破使被保留的岩石产生裂隙和错动而形成松动带，露天矿山边坡岩石松动带厚度可达7～10m。由于频繁爆破的反复作用、风化作用以及水的渗入等，岩体稳定状况逐年恶化，不少矿山的局部台阶被破坏而上下贯通。不当的爆破还可能是触发边坡滑落的直接原因。1962～1976年，中国的海南、大冶、白银和大孤山四个露天矿发生的27次滑坡事故中属于爆破不当有4次。危及矿山周围的建(构)筑物，当振速为1cm/S时，土坯房屋出现裂隙损坏现象，振速为2cm/s时，基础较差的砖房也可出现局部开裂。美国矿业局在20世纪60年代规定安全振动速度为5cm/s，房屋结构虽未产生过震害事故，但仍不断遭到居民的投诉。1977年另行规定为2.5cm/s，1981年又降为l.28cm/s。随着爆破震害控制技术的日臻完善，有可能将震动强度控制在更低水平。

爆破震害预防可在预测的基础上应用控制爆破技术将爆破地震的震动强度限定在一定水平上。预测震动强度幅值的公式是以爆破相似律为基础建立的，其中应用较广的预测振速公式是：

式中v为振速，cm/s；Q为一段药量，Kg；R为爆源到测点的距离，m；K，α为根据实测数据回归分析确定的系数，它与岩土性质、爆破参量、起爆方法、装药结构等因素有关。各因素在不同爆破中的影响程度不一样，因此，K、α值在相当大的范围内变化。