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爆源因素对爆破地震强度分布特征的影响研究

张丹  
【摘要】: 爆破地震可导致地质灾害,破坏生态、影响人居环境,而优化爆破参数是改善爆破地震强度分布特征,避免被保护物遭到破坏重要举措。随着爆破作业环境日益复杂,控制爆破地震效应要求提高,设计与施工所依据的理论不得不相应调整,不但有其理论科学性,而且应具有技术可操作性和经济比较优越性。 对爆源因素影响爆破振动速度分布特征与频率分布特征其实验研究现状与理论研究现状进行综述,以及将分别由球形药包与条形药包、单药包与药包群爆破所产生的质点振动速度分布特征与频率分布特征已有研究进行比较分析,指出与爆源因素影响质点振动速度分布特征和频率分布特征相关研究存在不足,并对其评价与展望。基于爆破地震实验建立的爆源因素与爆破地震质点振动特征实验关系缺少理论论证,以及影响爆破地震强度分布特征爆源因素不够全面,从控制药量、调整药包形状及其空间状态以及药包群空间分布形式及其与被保护物相互空间关系设计爆破参数,使被保护体处于较弱的爆破震动区域,却更能控制爆破地震效应等相关研究是必要的,提出了爆源因素影响爆破地震强度分布特征研究课题。 对任何炸药(同种炸药密度相同,超过极限直径),无论药量多少,其爆轰时均有其恒定的爆轰压力,却质点振动速度及其频率与炸药量存在函数单调关系。依据动量守恒,以及能量、爆炸波应力在径向和时间域上衰减规律,通过炸药爆炸激发的爆炸冲量,爆炸波能量及其应力在传播过程中的力学行为分析,研究爆炸冲击波与膨胀气体力学行为特征,从理论上论证了爆破地震质点振动速度、频率和持续时间与炸药量和爆心距其函数单调性。 通过调整药包形状,药包相对空间位置,以改变爆破地震质点振动速度在地表方位分布与梯度分布,依据岩土的粘滞性对爆破地震波传播的阻尼理论与波动学说,辅之以数值分析,研究单药包形状或者药包相对空间位置对爆破地震地表质点振动速度分布特征的影响,获得了药包的形状,爆源相对空间位置与爆破地震强度分布特征相互关系。 通过调整药包群空间点阵形式、药包群点阵展布态势、药包数,以改变爆破质点振动速度分布特征,依据在不同粘性传播介质中爆破地震其波动能流衰减规律和动载形成的应力波在均质岩石介质中衰减规律及其爆破地震破坏程度取决于振动强度等因素以及波动能流密度与质点振动速度呈正相关等相关理论,研究药包群爆源因素对爆破振动速度分布特征的影响,探讨药包群同时起爆其爆破地震其波动能流主导方向及其在同方向上振动强度与爆心距相互关系,获得了药包群同时起爆地震强度分布特征,建立了药包群包络面主法线方向与地震强度分布优势方向相干性。 基于动载作用下,粘性介质应变滞后于应力,并伴随着波动能量耗损,探讨爆破地震强度对起爆段数收敛的存在性;由相同段别等间隔时间起爆所产生的爆破地震波叠成的综合波谱,推导段数与爆破地震强度相干数学表达式,以及影响爆破地震强度收敛段数因素分析,论证了等分段等间隔时间爆破地震强度对起爆段数存在收敛性,以及间隔时间对收敛段数的影响。


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