爆破应力波和地震波

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,西安科技大学建工学院,超动态测试,爆破应力波与爆破地震波,参数测量,1,一、应力波参数测量,测量内容：,爆炸应力波的传播规律；,构筑物在爆炸荷载作用下的受力状况；,岩体爆破应力波的压力测量；,动态应变测量。,2,1.动态应变测试,动态应变测量及分析系统方框图,1)应变计的选择,选择应变计应着重考虑应变计的频率响应特性。影响应变计频率响应的主要因素是应变计的栅长和应变波在被测物材料中的传播速度。,3,选择应变计的栅长,设应变计的栅长为,L,，应变波波长为 ，测量相对误差为 。当 时， ；当 时,应变计栅长与应变波波长之比愈小，相对误差愈小。,当选用的应变计栅长为被测应变波波长的,1/201/10,时，测量误差将小于2。,频率响应,一定栅长的应变计，动态应变的最高频率与应变波在被测物材料中的传播速度有关，即 。若取 则可测的动态应变的最高频率为：,4,2）应变仪的选择,应变仪的主要组成,同步触发部分,信号转换及放大部分,应变标定部分。,选择考虑的内容,工作频率,主要根据被测应变梯度,测量范围,应变范围,仪器的线数或通道,根据需测点数来确定,精度,按工程测量的要求来确定,5,3）记录分析仪器的选择,目前动态应变测试中选用的记录仪器比以前先进的多，国内有许多厂家生产此类仪器。选用记录分析仪器，除考虑,频率响应,外，还须,考虑测试环境。,6,2.测试方法,1）表面应变测量,进行岩石表面爆破动应变测量时，只需将应变计直接贴于所测物体的表面即可。,2）内部测量方法,A. 从钻孔中取回岩芯进行加工处理成岩块，在岩块上贴上应变计，然后再回填于岩体中；,B . 模拟岩石的物理力学性质，制作应变砖，然后回填到所测岩体中。这种方法的优点是应变砖的材料可以进行人工调配，应变计的防潮性能比较好，绝缘电阻可以保证在500M以上。关键是应变砖的设计制作和埋设。,7,3）应变砖材料的选择,匹配,如果应变砖的弹性模量、泊松比和膨胀系数等物理力学性质均与被测物相同，即达到完全匹配时，应变测量中应变砖所感受到的应力就与被测物介质应力相同，实际中这是很难满足的。,在介质中传播的应力波通常都以介质的声波阻抗作为特征阻抗，所以原则上要术应变砖材料的容重和声速与被测岩体介质的容重和声速甚本接近。,材料,制作应变砖时，一股以,环氧树脂,为主体并掺入适量的填料配制而成。,环氧树脂的性能特点是机械强度较高、防水与绝缘性能也较好，而其塑性大，弹性模量低，需要掺入弹性模量较高、线膨胀系数较低的填料来改善其性能，如,石英粉、石英砂,和,重晶石粉,等,8,4）应变砖尺寸,确定原则：,(1)应变砖的几何形状一般采用长方体或圆柱体，这要根据测试方法及埋没地点的要求来确定。,(2),应变砖的高度必须远小于应变波波长。,(3) 应变砖材料的弹性模量与被测物介质的弹性模量不可能达到完全一致，这将使应变砖埋设处的介质产生应力集中。为减小应力集中所带来的测量误差，一般把应变砖制作成高径比为520的圆柱体，最常用的高径比是10。,9,5）应变砖的制作,根据介质的特征阻抗，将环氧树脂、二丁脂、乙二胺按比例配制，再按级配比将金刚砂、水泥、石英粉一起倒入环氧树脂中，进行搅拌，使骨料均匀，制成环氧胶泥。然后将这种胶泥注入模具中。,浇注之前，先在模具内涂上一层脱模剂。浇注时一定要振捣，防止有气泡。,24,小时后即可拆模，养护,28,天后便可使用。,使用前将应变砖用丙酮洗净，然后按测试的需要，贴上选好的电阻应变片。贴片时要确立坐标系，使各电阻应变片位置准确。不同平面，不同角度的应变片采用不同颜色的引线，以免混淆，应变砖一般粘贴几组应变片，,10,5）应变砖的制作,角度为,0,，,45,，,90,，,135,。或按一定的应变花布片。,应变片粘贴及引线焊好后，再用环氧胶泥做成圆形包体。环氧胶泥既是受力的变形体，又是防潮材料，其防潮性能是较好的。,在应变砖制做过程中，要控制好温度，保证其密实度。温度过高，会产生气泡，造成内部出现空隙，温度过低环氧树胎固化不好，掺石英砂，石英粉后会出现捣固不实，长久不能凝固，影响密实度和整体。一般将温度稳定控制在,30C,左右为好。石英砂，石英粉要事先烘干才能配制。,11,6）应变砖试验,应变砖在使用前，必须对其进行标定，也就是看它能否适应于冲击动载荷测量，首先必须满足动载荷作用下岩体的各种动态响应，脉冲作用时间、脉冲上升时间、弹性线性范围和变形的均匀性等要求。因此，实测前必须对应变砖进行冲击试验和静力试验。,冲击试验是将应变砖放在冲击振动台上进行冲击，记录其应变波形。如果其应变波形的脉冲上升时间和形状与冲击台的冲击特性相符，则说明该应变砖的动态性质能反应岩体的动态特性。,静力试验一般可在压力机上进行。用压力计进行监视，其目的是检验应变砖测量数据的可靠性和变形的均匀性。,12,7）应变砖的埋没,将应变砖放入钻好的孔中，用环氧胶泥回填，回填过程中要注意保护导线，并要严格控制好角度。,13,3.测量过程的几个问题,1)导线,现场测试，应变砖往往要埋置岩体很深的位置，爆破时冲击波有可能同时作用于应变砖及导线，导线受到应力波的作用将会引起虚假信号。为了防止这种现象。可在导线上加一橡胶管或小型钢管，使导线有一缓冲层。应变片中引线校多，必须合理布线，避免形成引线集中成束而出现空隙，破坏介质的连续性，影响应力波传递，造成应变砖受力不均。尤其三维应变测试时，这一问题更加突出。引线和导线接头，必须采取防潮措施，简易又可靠的办法是用绝缘胶布包好后，涂上“502”胶或“914”胶。,14,2)补偿片的防护,有时工作片和补偿片不能同时安置在一起，因此要保护好补偿片。可用砂、海棉隔振。但这些材料只能隔离高频，对低频效果欠佳。另外还必须避免冲击波先作用到补偿片上。,3)仪器间的干扰,多台应变仪同时工作时，各台应变仪实际载波频率不完全相同也会产生“台间干扰”。,要抑制“台间干扰”，必须使各应变仪载波频率同步。但同步的应变仪台数不宜过多。同步线要尽量短，并尽量避免与电源线平行布线，将各组测量导线也要隔离开。不管哪一种干扰，如果确定了干扰源，最好的抑制办法是将干扰源屏蔽、接地等。,15,二、爆破地震波参数测量,意义,在爆区的一定范围内，当地震动达到一定的强度时，将使地表和建筑物、构筑物不同程度的发生破坏。这种爆破地震动引起的各种现象及其后果，称为爆破地震动效应。爆破地震波参数测量也就是针对爆破振动参数的测量。,1.爆破振动测试的主要内容,内容的确定因素,研究爆破过程地震波的衰减规律，地质构造及地形条件对它的影响，地震波参数和爆破方式的关系；,研究建筑物，构筑物对于爆破振动的响应特征，以及这一响应特性和爆破方式，构筑物结构特点的关系。,16,在测量方法上两者有相同或相似之处，但对振动的分析，对数据处理的要求方面则不全相同。,爆破振动测试的内容,质点振动位移测试；,地表质点振动速度测试；,质点振动加速度测试；,结构，建筑物的反应谱测试等。,最普遍、工程上应用最多的是振动速度测试。,17,2.爆破振动测试方法,原理,利用敏感元件在磁场中的相对运动，产生气振动成一定比例关系的电信号，经过二次仪表和记录装置得到振动信号。,传感器类型,位移计,速度计,加速度计。,按传感器量程大小可分为,强震仪，中强震及弱震仪,。,18,整个测试系统包括三个环节：,感受振动并输出信号的传感器(拾振器)；,信号放大或微分，积分的二次仪表；,记录振动信号的记录装置，(有的记录装置本身就具有数据处理功能，或是它的一个组成部分)。,19,爆破振动参数测量的仪器的研制开发发展很快，精度和对环境的适应性越来越高。,传统的爆破测试工作量大；,现在的振动记录仪结构轻巧、紧凑。它直接与压力、速度、加速度等各种传感器相连，并将模拟电压量转换为数字量进行存储，最后和笔记本电脑或台式电脑通讯，由计算机进行波形显示，波形的各种特征参数及测试结果的表格显示、存盘、和打印等。,现场测试时方便。,20,3.测试中的关键问题,1）系统的选择和标定,（1）系统及各个环节的选择,系统选择,要根据测试的目的和要求考虑。多点测试时，应尽量使传感器，二次仪表，记录装置的技术指标接近或相同。,量程的估算,应使预计的测试值在系统可测范围的3070之间。,工作频带,选择时，可按下式大致估算爆破振动信号的频率,测点到爆源中心距离； 介质待性有关的系数,21,一般来说，几公斤到数百公斤的小药量爆破,，f,在30100Hz左右或更高一些。几吨至数十吨爆破，10f440(Hs)，上百吨以上的爆破，振动信号频率f为720Hz。爆破的规模越大，振动频率越低。,22,（2）传感器及系统的标定,标定系统可以在振动台上进行。,标定内容,灵敏度；频响特性；线性度。,压电式加速度传感器，其灵敏度和传感器的电容值，所用的电缆的电容值，标定时所用的阻抗变换器的输入电容值有关。标定时必须注明。如果测试时发生变化，则必须对灵敏度进行修正,（3.3）,式中 原标定灵敏度；,传感器输出电容；,标定时电缆电容；,现场使用电缆电容。,23,即压电加速度传感器的灵敏度不是一个定值，它和外接电缆电容有关。,另一问题是灵敏度的稳定性，尤其对压电传感器更要注意，所以在经过一段时间(一般为半年，不管使用与否)要重新标定一次。,在实际使用时，为消除横向灵敏度，必须注意安装方向，不能使最大横向灵敏度方向与振动方向重合。,24,2）测点布置,在爆破振动测试中，测点布置工作非常重要，它直接影响爆破振动测试的效果及观测数据的应用价值，不同的观测目的有不同的测试方案。,当测试方案确定后，便应在现场勘察，了解场地的地质、地形、地貌、附近建筑物的特征、巷道围岩和边被稳定条件，然后选定测点数目和测点位置，测点数目过少，观测数据没有说服力，或使描述的现象精度很低；测点数目过多，则所需仪器数量及测试工作量又大。如果测点布置不当，即使测点数目很多，但那些布置不合理的测点的观测数据也无应用价值。,25,确定测点数目及测点位置主要根据测试的目的和现场条件等因素进行。,如研究爆破地震波的传播规律，通常是沿爆源中心的径向或环向布置一条或几条测线。,在径向，地震波的强度随距离的增加按指数规律衰减，测点距离应按对数关系布置。测点应在同一地层或基岩上，每一测点最好能同时测三个互相垂直方向的量。,当监测振动对巷道结构物的影响时，测点应围绕这些特殊的地质构造和地形地物周围来布置。,26,3）传感器的安装,首先，测点的坐标要准确，测量的矢量方向要可靠，特别是安放传感器的位置，要能真实地反映被测对象的振动特征。,其次，传感器与被测物间的连接要牢固，避免在振动过程中两者发生相对运动。振动强度中等时，当拾振器的重量大干,0.5g,时，通常利用其自重置于平整坚实的基础上。振动强度大，拾振器轻时，可采用粘接法、螺钉固定法和埋入法安放。采用埋入法，要对传感器作密封防潮处理。采用螺钉固定，螺钉要短而固定牢靠，避免其过长和松动带来的二次振动。,27,测试基岩振动时，要清除表土和风化破碎层。测试土中振动时，要在土中浇筑个深度不大且有一定支承面积的混凝土平台，将传感器安置其上。对于振动量级小的地点，这一措施会使土中振动波的传播条件变化。为此可用胶泥涂在传感器底部，在土坡表面移动几次后压牢，即可使用。,加速度测试时，在高频大量程测点处，安装传感器除用螺拴固紧外，在传感器与基础接触面处需涂上快干胶加固，同时安装方向要注意减少横向效应的影响。,28,4）抗干扰措施,使用低噪声电缆是首先应该考虑的措施。使用这种电缆，必须注意电缆的安装。弯曲、缠绕及大幅度晃动会引起噪声电压加大，所以必须要固定牢固，可使用专用夹子或用胶布粘住，同时一定要注意电缆和传感器的连接处，接插件接触要良好，不使其做相对运动，而且一定要做好密封防潮处理。在环境复杂的情况下，有时在不改变振动状况的条件下，利用合适的绝缘材料使传感器与地绝缘，绝缘电阻要大于10M。为避免气象条件及系统本身的变化，条件允许时，最好进行爆前现场标定、对于加速度计，可使用加速度校准仪，这种方法可减少环境变化所引入的干扰，减少测试误差。,29,