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爆破及其振動力學分析 版權信息
- ISBN：9787030685216
- 條形碼：9787030685216 ; 978-7-03-068521-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
爆破及其振動力學分析 內容簡介
本書介紹了作者在爆破作用機理，的能量分配，爆破振動，建筑物爆破拆除及塌落振動規律研究，還有列車運行振動對古建筑物影響研究的新進展。介紹了有關振動、速度等動態參量的測試技術和分析方法。可供爆破專業等相關研究人員和研究生參考使用。
爆破及其振動力學分析 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 爆破的基本概念 4
1.1.1 單藥包爆破的基本現象 4
1.1.2 爆破鼓包運動特征 6
1.1.3 爆破漏斗 7
1.1.4 爆破漏斗公式 9
1.1.5 爆破拋擲堆積 10
1.1.6 爆破分類和藥量參數 11
1.1.7 爆破作用圈 12
1.1.8 地形對爆破效果的影響 13
1.2 波動物理學 15
1.2.1 波的一般性質 15
1.2.2 彈性應力與應變 19
1.2.3 彈性波——體波和表面波 21
1.2.4 波動運動學 23
1.2.5 炸藥中傳播的爆轟波 26
1.2.6 彈性介質中的應力波 31
1.3 爆破振動 33
1.3.1 爆破振動分析 33
1.3.2 爆破振動測量 35
1.3.3 爆破振動波形圖的判讀 36
1.3.4 數據處理 37
1.3.5 爆破振動破壞判據 39
1.3.6 爆破振動標準參考資料 41
1.4 塌落振動 43
1.4.1 塌落振動的特點 43
1.4.2 塌落振動分析 43
1.4.3 塌落振動速度計算公式的物理意義和參數選擇 44
參考文獻 46
第2章 爆破作用機理 47
2.1 爆破漏斗和拋擲運動 47
2.1.1 爆破漏斗形成機理 47
2.1.2 爆破漏斗公式討論 50
2.1.3 爆破土巖體的拋擲運動 52
2.1.4 小結 57
2.2 炸藥的爆破拋擲能力 58
2.2.1 炸藥的爆破能力 58
2.2.2 單藥包拋擲爆破試驗 58
2.2.3 不同炸藥爆破拋擲能力比較 61
2.2.4 定向拋擲爆破試驗 62
2.2.5 小結 64
2.3 爆破質點速度分布 65
2.3.1 電磁法測速計 66
2.3.2 質點速度分布 68
2.3.3 能量分配 71
2.3.4 小結 72
2.4 爆破巖石力學特性 73
2.4.1 爆炸載荷特點 73
2.4.2 應變率 74
2.4.3 巖石強度 78
2.4.4 巖石斷裂與裂縫發展 81
2.4.5 鉆孔靜壓作用下的巖石開裂 84
2.4.6 地應力 88
2.4.7 圍壓對巖石強度的影響 90
2.4.8 小結 91
2.5 爆破破碎技術 92
2.5.1 巖石爆破破碎 92
2.5.2 鉆孔參數測量技術 93
2.5.3 鉆孔指數法 93
2.5.4 爆破裂縫的確定 94
2.5.5 巖石爆破動量理論 95
2.6 巖坎爆破 96
2.6.1 巖坎爆破工程 96
2.6.2 爆破設計方案 97
2.6.3 鉆孔布置及裝藥量計算 97
2.6.4 爆破網路設計 98
2.6.5 爆破振動安全 98
2.6.6 塢首結構安全性分析 100
2.6.7 小結 100
參考文獻 101
第3章 定向爆破技術 102
3.1 平地定向爆破 103
3.1.1 平地定向爆破問題 103
3.1.2 試驗方法 104
3.1.3 測試項目 107
3.1.4 試驗結果 110
3.1.5 定向爆破三要素 112
3.1.6 單位體積耗藥量 114
3.2 定向爆破設計與計算 116
3.2.1 定向爆破拋擲體的運動規律 116
3.2.2 分塊堆積設計計算方法 119
3.2.3 整塊堆積設計計算方法 126
3.2.4 體積平衡法 128
3.2.5 定向爆破設計程序和舉例 130
3.3 定向爆破滑動筑壩 138
3.3.1 定向爆破滑動筑壩概念 138
3.3.2 定向爆破滑動筑壩的模型試驗 139
3.3.3 模擬試驗方案 143
3.3.4 模型試驗結果 145
3.4 定向爆破滑動筑壩舉例 147
3.4.1 定向爆破滑動筑壩的設計原則 147
3.4.2 柴石灘定向爆破滑動筑壩左岸方案 150
參考文獻 155
第4章 爆破振動測量及工程案例 156
4.1 爆破振動測量 156
4.1.1 爆破振動測量儀器 156
4.1.2 波形判讀 158
4.2 爆破振動測量工程案例 159
4.2.1 寨口礦山爆破振動測量 159
4.2.2 爆破振動對龍門石窟的影響 166
4.2.3 燕山石化基坑石方開挖爆破振動 173
4.2.4 爆破振動對冷卻塔的影響和分析 176
參考文獻 183
第5章 拆除爆破 184
5.1 拆除爆破設計 184
5.1.1 拆除爆破技術發展概況 184
5.1.2 拆除爆破的技術特點 185
5.1.3 被拆除建(構)筑物的類別 186
5.1.4 拆除爆破的技術原理 187
5.1.5 拆除爆破工程設計 191
5.1.6 拆除爆破的藥量計算 198
5.1.7 拆除爆破網路設計 201
5.1.8 拆除爆破安全設計 202
5.2 建(構)筑物的爆破拆除 205
5.2.1 樓房建筑物爆破拆除的倒塌方式 206
5.2.2 框架結構樓房的拆除 207
5.2.3 高大廠房或大跨度建筑物的爆破拆除 210
5.2.4 磚混結構樓房的拆除 213
5.2.5 煙囪水塔類構筑物的爆破拆除 214
5.2.6 橋梁的爆破拆除 220
5.2.7 大型塊體和基礎類構筑物的爆破拆除 221
5.2.8 擋水圍堰拆除及巖坎爆破 223
5.2.9 水壓爆破拆除 227
5.3 8020銨木炸藥及應用 233
5.3.1 8020銨木炸藥 233
5.3.2 爆破設計參數 233
5.3.3 工程案例 236
參考文獻 238
第6章 拆除爆破工程案例 240
6.1 秦皇島耀華玻璃廠爆破拆除工程 240
6.1.1 工程概況 240
6.1.2 管窯廠房爆破拆除總體設計方案 241
6.1.3 管窯廠房爆破設計 241
6.1.4 煙囪爆破設計方案 242
6.1.5 煤氣站爆破設計 243
6.1.6 起爆網路 243
6.1.7 爆破效果及分析 244
6.1.8 爆破振動測量和分析 247
6.2 北京舊華僑大廈爆破拆除 247
6.2.1 工程概況 247
6.2.2 爆破拆除設計總體方案 247
6.2.3 爆破設計思想 248
6.2.4 爆破設計參數 250
6.2.5 爆破效果 251
6.3 重慶發電廠西廠改建爆破拆除工程 253
6.3.1 工程概況 253
6.3.2 爆破拆除設計總體方案 254
6.3.3 西廠主廠房建筑爆破拆除設計 254
6.3.4 起爆網路設計 256
6.3.5 主廠房爆破振動安全設計 256
6.3.6 爆破效果及分析 258
6.4 秭歸縣醫院樓群爆破拆除設計 259
6.4.1 工程概況 259
6.4.2 爆破拆除總體設計方案 260
6.4.3 爆破設計 261
6.4.4 爆破設計參數 262
6.4.5 爆破網路 262
6.4.6 爆破效果 263
參考文獻 264
第7章 拆除爆破塌落振動 265
7.1 建筑物拆除爆破塌落造成的地面振動 265
7.1.1 建筑物拆除爆破時地面振動的來源 265
7.1.2 集中質量作用于地面造成的振動 267
7.1.3 塌落振動測量案例一 269
7.1.4 塌落振動測量案例二 275
7.1.5 塌落振動測量案例三 282
7.2 爆破拆除塌落振動速度計算公式 286
7.2.1 塌落振動速度計算公式參數的變化 286
7.2.2 塌落振動速度計算公式的物理意義和參數選擇 287
7.2.3 工程應用 289
7.2.4 小結 296
7.3 拆除爆破振動安全值的參考資料 296
7.3.1 幾種特定條件下的振動強度允許值 296
7.3.2 關于振動標準的參考資料 298
7.3.3 重要的和老舊易損壞建筑物的爆破振動標準 299
參考文獻 300
第8章 軌道交通振動與文物保護 302
8.1 列車振動與文物保護問題 302
8.1.1 振動對文物的影響 302
8.1.2 發展軌道交通是解決城市交通擁堵的根本出路 303
8.1.3 發展軌道交通和文物保護的矛盾 304
8.1.4 軌道交通列車振動的特點 304
8.1.5 文物建筑振動控制標準 305
8.2 龍門石窟保護與焦枝鐵路 306
8.2.1 龍門石窟與焦枝鐵路簡介 306
8.2.2 振動測試與數據處理 309
8.2.3 測試結果及分析 314
8.2.4 列車運行時地面振動速度的衰減規律 317
8.2.5 地脈動分析 321
8.2.6 盧舍那大佛振動響應觀測結果 324
8.2.7 伊河大橋的振動特性 324
8.2.8 小結 325
8.3 京滬高速鐵路列車運行振動與虎丘塔保護 327
8.3.1 京滬高速鐵路與蘇州虎丘塔簡介 327
8.3.2 京滬線蘇州段列車運營振動測試 328
8.3.3 測試結果 331
8.3.4 關于雙線運行振動速度增大系數 334
8.3.5 虎丘塔處地脈動 335
8.3.6 小結 336
8.4 廣深鐵路石龍段列車運營振動 336
8.4.1 廣深準高速列車 336
8.4.2 鐵路路堤與橋梁 337
8.4.3 石龍段列車運營振動測量 339
8.4.4 測量結果與分析 339
8.4.5 高架橋列車運行振動速度測量 344
8.5 列車運行振動的傳播與分析 348
8.5.1 列車運行振動傳播的力學分析 348
8.5.2 比例距離 350
8.5.3 振動速度與列車速度的關系 353
8.5.4 地面振動頻率與列車速度的關系 354
8.5.5 高速列車運營地面振動的預測 355
8.6 軌道交通建設與文物保護 356
8.6.1 京滬高速鐵路蘇州站位的確定 356
8.6.2 北京地鐵6號線繞道紫禁城 357
8.6.3 西安地鐵4號線繞道大雁塔 359
8.6.4 合武鐵路避繞漢王劉慶墓 361
參考文獻 363
前言
第1章 緒論 1
1.1 爆破的基本概念 4
1.1.1 單藥包爆破的基本現象 4
1.1.2 爆破鼓包運動特征 6
1.1.3 爆破漏斗 7
1.1.4 爆破漏斗公式 9
1.1.5 爆破拋擲堆積 10
1.1.6 爆破分類和藥量參數 11
1.1.7 爆破作用圈 12
1.1.8 地形對爆破效果的影響 13
1.2 波動物理學 15
1.2.1 波的一般性質 15
1.2.2 彈性應力與應變 19
1.2.3 彈性波——體波和表面波 21
1.2.4 波動運動學 23
1.2.5 炸藥中傳播的爆轟波 26
1.2.6 彈性介質中的應力波 31
1.3 爆破振動 33
1.3.1 爆破振動分析 33
1.3.2 爆破振動測量 35
1.3.3 爆破振動波形圖的判讀 36
1.3.4 數據處理 37
1.3.5 爆破振動破壞判據 39
1.3.6 爆破振動標準參考資料 41
1.4 塌落振動 43
1.4.1 塌落振動的特點 43
1.4.2 塌落振動分析 43
1.4.3 塌落振動速度計算公式的物理意義和參數選擇 44
參考文獻 46
第2章 爆破作用機理 47
2.1 爆破漏斗和拋擲運動 47
2.1.1 爆破漏斗形成機理 47
2.1.2 爆破漏斗公式討論 50
2.1.3 爆破土巖體的拋擲運動 52
2.1.4 小結 57
2.2 炸藥的爆破拋擲能力 58
2.2.1 炸藥的爆破能力 58
2.2.2 單藥包拋擲爆破試驗 58
2.2.3 不同炸藥爆破拋擲能力比較 61
2.2.4 定向拋擲爆破試驗 62
2.2.5 小結 64
2.3 爆破質點速度分布 65
2.3.1 電磁法測速計 66
2.3.2 質點速度分布 68
2.3.3 能量分配 71
2.3.4 小結 72
2.4 爆破巖石力學特性 73
2.4.1 爆炸載荷特點 73
2.4.2 應變率 74
2.4.3 巖石強度 78
2.4.4 巖石斷裂與裂縫發展 81
2.4.5 鉆孔靜壓作用下的巖石開裂 84
2.4.6 地應力 88
2.4.7 圍壓對巖石強度的影響 90
2.4.8 小結 91
2.5 爆破破碎技術 92
2.5.1 巖石爆破破碎 92
2.5.2 鉆孔參數測量技術 93
2.5.3 鉆孔指數法 93
2.5.4 爆破裂縫的確定 94
2.5.5 巖石爆破動量理論 95
2.6 巖坎爆破 96
2.6.1 巖坎爆破工程 96
2.6.2 爆破設計方案 97
2.6.3 鉆孔布置及裝藥量計算 97
2.6.4 爆破網路設計 98
2.6.5 爆破振動安全 98
2.6.6 塢首結構安全性分析 100
2.6.7 小結 100
參考文獻 101
第3章 定向爆破技術 102
3.1 平地定向爆破 103
3.1.1 平地定向爆破問題 103
3.1.2 試驗方法 104
3.1.3 測試項目 107
3.1.4 試驗結果 110
3.1.5 定向爆破三要素 112
3.1.6 單位體積耗藥量 114
3.2 定向爆破設計與計算 116
3.2.1 定向爆破拋擲體的運動規律 116
3.2.2 分塊堆積設計計算方法 119
3.2.3 整塊堆積設計計算方法 126
3.2.4 體積平衡法 128
3.2.5 定向爆破設計程序和舉例 130
3.3 定向爆破滑動筑壩 138
3.3.1 定向爆破滑動筑壩概念 138
3.3.2 定向爆破滑動筑壩的模型試驗 139
3.3.3 模擬試驗方案 143
3.3.4 模型試驗結果 145
3.4 定向爆破滑動筑壩舉例 147
3.4.1 定向爆破滑動筑壩的設計原則 147
3.4.2 柴石灘定向爆破滑動筑壩左岸方案 150
參考文獻 155
第4章 爆破振動測量及工程案例 156
4.1 爆破振動測量 156
4.1.1 爆破振動測量儀器 156
4.1.2 波形判讀 158
4.2 爆破振動測量工程案例 159
4.2.1 寨口礦山爆破振動測量 159
4.2.2 爆破振動對龍門石窟的影響 166
4.2.3 燕山石化基坑石方開挖爆破振動 173
4.2.4 爆破振動對冷卻塔的影響和分析 176
參考文獻 183
第5章 拆除爆破 184
5.1 拆除爆破設計 184
5.1.1 拆除爆破技術發展概況 184
5.1.2 拆除爆破的技術特點 185
5.1.3 被拆除建(構)筑物的類別 186
5.1.4 拆除爆破的技術原理 187
5.1.5 拆除爆破工程設計 191
5.1.6 拆除爆破的藥量計算 198
5.1.7 拆除爆破網路設計 201
5.1.8 拆除爆破安全設計 202
5.2 建(構)筑物的爆破拆除 205
5.2.1 樓房建筑物爆破拆除的倒塌方式 206
5.2.2 框架結構樓房的拆除 207
5.2.3 高大廠房或大跨度建筑物的爆破拆除 210
5.2.4 磚混結構樓房的拆除 213
5.2.5 煙囪水塔類構筑物的爆破拆除 214
5.2.6 橋梁的爆破拆除 220
5.2.7 大型塊體和基礎類構筑物的爆破拆除 221
5.2.8 擋水圍堰拆除及巖坎爆破 223
5.2.9 水壓爆破拆除 227
5.3 8020銨木炸藥及應用 233
5.3.1 8020銨木炸藥 233
5.3.2 爆破設計參數 233
5.3.3 工程案例 236
參考文獻 238
第6章 拆除爆破工程案例 240
6.1 秦皇島耀華玻璃廠爆破拆除工程 240
6.1.1 工程概況 240
6.1.2 管窯廠房爆破拆除總體設計方案 241
6.1.3 管窯廠房爆破設計 241
6.1.4 煙囪爆破設計方案 242
6.1.5 煤氣站爆破設計 243
6.1.6 起爆網路 243
6.1.7 爆破效果及分析 244
6.1.8 爆破振動測量和分析 247
6.2 北京舊華僑大廈爆破拆除 247
6.2.1 工程概況 247
6.2.2 爆破拆除設計總體方案 247
6.2.3 爆破設計思想 248
6.2.4 爆破設計參數 250
6.2.5 爆破效果 251
6.3 重慶發電廠西廠改建爆破拆除工程 253
6.3.1 工程概況 253
6.3.2 爆破拆除設計總體方案 254
6.3.3 西廠主廠房建筑爆破拆除設計 254
6.3.4 起爆網路設計 256
6.3.5 主廠房爆破振動安全設計 256
6.3.6 爆破效果及分析 258
6.4 秭歸縣醫院樓群爆破拆除設計 259
6.4.1 工程概況 259
6.4.2 爆破拆除總體設計方案 260
6.4.3 爆破設計 261
6.4.4 爆破設計參數 262
6.4.5 爆破網路 262
6.4.6 爆破效果 263
參考文獻 264
第7章 拆除爆破塌落振動 265
7.1 建筑物拆除爆破塌落造成的地面振動 265
7.1.1 建筑物拆除爆破時地面振動的來源 265
7.1.2 集中質量作用于地面造成的振動 267
7.1.3 塌落振動測量案例一 269
7.1.4 塌落振動測量案例二 275
7.1.5 塌落振動測量案例三 282
7.2 爆破拆除塌落振動速度計算公式 286
7.2.1 塌落振動速度計算公式參數的變化 286
7.2.2 塌落振動速度計算公式的物理意義和參數選擇 287
7.2.3 工程應用 289
7.2.4 小結 296
7.3 拆除爆破振動安全值的參考資料 296
7.3.1 幾種特定條件下的振動強度允許值 296
7.3.2 關于振動標準的參考資料 298
7.3.3 重要的和老舊易損壞建筑物的爆破振動標準 299
參考文獻 300
第8章 軌道交通振動與文物保護 302
8.1 列車振動與文物保護問題 302
8.1.1 振動對文物的影響 302
8.1.2 發展軌道交通是解決城市交通擁堵的根本出路 303
8.1.3 發展軌道交通和文物保護的矛盾 304
8.1.4 軌道交通列車振動的特點 304
8.1.5 文物建筑振動控制標準 305
8.2 龍門石窟保護與焦枝鐵路 306
8.2.1 龍門石窟與焦枝鐵路簡介 306
8.2.2 振動測試與數據處理 309
8.2.3 測試結果及分析 314
8.2.4 列車運行時地面振動速度的衰減規律 317
8.2.5 地脈動分析 321
8.2.6 盧舍那大佛振動響應觀測結果 324
8.2.7 伊河大橋的振動特性 324
8.2.8 小結 325
8.3 京滬高速鐵路列車運行振動與虎丘塔保護 327
8.3.1 京滬高速鐵路與蘇州虎丘塔簡介 327
8.3.2 京滬線蘇州段列車運營振動測試 328
8.3.3 測試結果 331
8.3.4 關于雙線運行振動速度增大系數 334
8.3.5 虎丘塔處地脈動 335
8.3.6 小結 336
8.4 廣深鐵路石龍段列車運營振動 336
8.4.1 廣深準高速列車 336
8.4.2 鐵路路堤與橋梁 337
8.4.3 石龍段列車運營振動測量 339
8.4.4 測量結果與分析 339
8.4.5 高架橋列車運行振動速度測量 344
8.5 列車運行振動的傳播與分析 348
8.5.1 列車運行振動傳播的力學分析 348
8.5.2 比例距離 350
8.5.3 振動速度與列車速度的關系 353
8.5.4 地面振動頻率與列車速度的關系 354
8.5.5 高速列車運營地面振動的預測 355
8.6 軌道交通建設與文物保護 356
8.6.1 京滬高速鐵路蘇州站位的確定 356
8.6.2 北京地鐵6號線繞道紫禁城 357
8.6.3 西安地鐵4號線繞道大雁塔 359
8.6.4 合武鐵路避繞漢王劉慶墓 361
參考文獻 363
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爆破及其振動力學分析 節選
第1章 緒論 錢學森先生十分關注爆炸工程，他說：“爆炸的好處是威力大，而尤以功率極大為其特點。1噸黃色炸藥爆炸的能量折合成4.2×109J，而其爆炸時間則為10–3s，功率達4.2×109kW，即42億千瓦。所以爆炸的好處是能‘畢其功于一役’！速度極高。同樣的人力，用其他方法，不用機器，也許得干十年，用機器得干一年，用爆炸也許一個月(連打眼、放炮、清除)就行了；爆炸(作者注：在這里，錢先生講的爆炸指的就是爆破)的缺點是不好控制，好像是破壞力！但那是因為我們還沒有掌握它，有種神秘感。一旦掌握了規律，那同樣是可以控制好的。” 爆破就是利用炸藥爆炸瞬間釋放的能量破壞周圍的土和巖石質，達到開挖、填筑、拆除或開采石料等特定目標的技術手段。 炸藥在很短的時間里完成爆轟，生成大量氣體，同時釋放出大量熱量。1L固體炸藥爆炸生成約1000L氣體產物。由于反應速度極快，所以氣體產物在爆炸反應結束的瞬間，實際上還限制在炸藥的原有體積內，也就是說，約1000L氣體被壓縮在1L體積內。爆炸釋放出的大量熱量把氣體產物加熱到2000~4000℃，壓力達到幾萬到十幾萬標準大氣壓。高溫高壓氣體作用于周圍的巖石，在介質中產生很強的沖擊波，沖擊波把一部分爆炸能量傳給介質，使之產生運動、變形和破壞。另外，在有自由面存在的條件下，氣體向外膨脹，使藥包到自由面間的巖石進一步破壞并加速運動，突出地面形成鼓包。當鼓包破裂時，還有一部分氣體從裂口噴出，使一部分能量散逸到空中。 炸藥的能量是在瞬間釋放出來的，這些能量到哪里去了，如何控制和充分有效地利用它們是我們關心的問題。 現代工業、現代交通建設的發展都離不開土木開挖工程，礦山爆破是土石方開挖工程中常見的施工手段。炸藥爆炸的能量有多少用于巖石的破碎？如果把大量土石方爆破拋擲到一定距離，有多少炸藥的能量能被利用呢？ 爆破時總有一部分能量在地層中傳播，引起鄰近地面的振動。爆破地震波的能量對鄰近建筑物的安全有多大危害？如何減少爆破和振動的危害？我們需要關心炸藥爆炸的能量分配問題。 20世紀70年代，郭永懷先生曾經有過平地爆破堆山的設想。在平地定向爆破試驗研究中為探索合理的藥包布置方案，我們選擇廉價的炸藥，研究了不同炸藥的拋擲能力，試驗結果說明炸藥爆炸用于拋擲的能量僅是炸藥能量的百分之幾。為研究爆破作用機理，我們通過室內模型試驗利用電磁法測定土中球形藥包爆炸時的質點速度，分析爆炸氣體膨脹對外做功的過程，試驗結果說明用于介質變形和破壞的能量為炸藥能量的60%~70%。 爆破作用機理的研究成果說明要充分利用炸藥爆炸對巖石的破碎作用，盡量不要用炸藥爆破去拋擲巖石。國家“七五”科技攻關項目“定向爆破滑動筑壩”課題的提出就是要充分利用炸藥爆破的破碎能量，利用高差大的山坡地段通過爆破使爆破漏斗內的巖石移出漏斗到山坡面滑動，在山坡谷底堆積形成壩體。這樣減少了大量炸藥能量的浪費，也減少了對環境的危害影響。 如何改進鉆孔爆破技術，提高礦山炸藥能量利用率對于減少炸藥用量具有重要意義。爆破作用下巖石的變形、破壞和移動程度取決于巖石的力學性質、爆炸載荷本身及問題的幾何條件。只有了解爆炸載荷的特征及在爆炸載荷作用下巖石的一些特殊性質，才能充分利用炸藥能量改善礦山爆破效果。 炸藥的一部分能量用于破碎巖石做功，一部分能量轉化為巖石中的應力波；總有部分能量經地面傳播產生振動。爆破所引起的地震波是由應力波轉化而成的，其特點是距離爆破源較近，高頻振動成分比較豐富。隨著地震波傳播，高頻成分逐步被吸收，而且持續時間較短，傳到較遠的地方后，無論速度還是加速度其幅值都很小，因此一般來說，爆破所引起的振動，在一定距離以外所造成的危害很小。 炸藥在工業上的應用范圍隨著人們對炸藥性能和主要爆破作用的認識不斷深化而擴大，控制炸藥的巨大爆破能量作為一種施工手段已成為現代技術的一部分。利用炸藥爆炸對土巖體的爆破作用進行開挖、切割或破碎巖石是礦山生產和土木工程施工中的重要手段之一。根據不同的施工目的進行的不同爆破作業已被稱為專門的爆破技術，如定向爆破、預裂爆破、光面爆破、水下爆破等。拆除爆破技術是指在建筑物密集的城市或室內進行的爆破作業。這種爆破技術是利用少量炸藥把需要拆除的建筑物或構筑物，或是某一部位按所要求的破碎度進行破碎拆除，同時要嚴格控制爆破可能產生的損害因素，如振動、飛石、噪聲，保護周圍建筑物和設備的安全。 第二次世界大戰后，為清除戰爭帶來的大量廢墟，重建那些被破壞了的橋梁、大樓和房屋，許多歐洲國家用炸藥爆破作為一種拆除清理廢墟的方法。當時一般采用軍用TNT炸藥與戰爭時期的爆破技術和藥量計算方法。因為周圍都是受戰爭破壞的建筑物，無所謂保護問題。這種拆除爆破談不上有什么控制或要求，炸倒算數。在城市重建之后，爆破技術轉向工業采礦、采石，為提高生產效率，加快了爆破的技術研究工作。重建后的許多工業日益發達的國家和地區(如東歐、西歐、美國)的大量農村人口涌入城市，這就必須改建城市中的老區，拆除舊的建筑物，建設更多的樓房。為使城市現代化，城市設計規劃者不得不做出拆除大量舊房子的決定，有的是成片地進行拆除。 由于城市建設總是在不斷更新，相應的建筑工業技術也得到不斷發展，這些發展包括快速擴建和改建工業廠房設施以及更新一些宿舍和公寓、橋梁。在有些情況下，一些舊有建筑物必須拆除以便在原地新建。對人工、機械、爆破不同施工方法作了比較后發現爆破方法往往是*容易被采用的，特別是對那些不僅高大而且強度較高的建筑物。從時間和費用方面來看，爆破方法拆除是*可行的快速施工方法。許多舊建筑物采用爆破法拆除的效果使越來越多的人樂意接受并稱贊這種新技術。 中國改革開放40余年來，隨著大量基礎設施的更新，快速交通干線的建設，全國城市化建設更新改造，廢舊廠房設備或是樓房拆除的工程項目日益增多。我國爆破工程師結合工程施工，進行了大量的科學研究。分析了不同建(構)筑物在爆破作用下的失穩、解體、倒塌機理和構件破碎過程。提出了在不同結構和環境條件下可以采用的不同的倒塌爆破拆除方案。利用導爆管塑料多通道連接插頭、連通管及四通傳爆元件、導爆管激發器，以及非電導爆管網路式閉合起爆網路保證了大規模起爆網路的實現和拆除爆破的成功。一次大型建筑物的拆除爆破往往需要設計安置數千個藥包，需要采用數千發雷管并相應分區分段地進行延期起爆，大量拆除爆破工程的實施促進了起爆技術的發展和應用。 1999年2月上海市聯合爆破公司成功地拆除了位于上海市中心地段的長征醫院16層的高樓。爆破效果達到了設計預定的目標。據不完全統計，在中國，每年都有近千座建筑物、數千座煙囪是采用爆破方法拆除的，控制爆破拆除技術在中國城市更新和改造建設中發揮了重要作用。 建筑物爆破拆除時，周圍建筑物產生振動的原因，一是被拆建筑物中安置的藥包爆炸所產生的振動波，二是由于建筑物拆毀塌落解體對地面撞擊造成的地層振動。隨著高大建筑物拆除項目的增多，建筑物爆破拆除后塌落至地面撞擊造成的地面振動引起了人們的重視。顯然，這種振動作用不宜簡單地和爆破振動的大小相比。對于同一建筑物，不同的爆破拆除方案，拆毀后的解體尺寸和下落次序都會在不同程度上影響塌落時的地面振動。當然，好的設計方案可通過合理布藥、控制結構物拆除的解體尺寸來減小塌落時的振動。顯然，建筑物塌落至地面的撞擊作用造成的地面振動與它的體量和下落高度有關。通過量綱分析，作者提出的建筑物爆破拆除時塌落振動速度的計算公式揭示了爆破拆除設計的技術原理。建筑物爆破拆除時的塌落振動強度與結構的解體尺寸和下落的高度，以及構件的材料性質、地面土體性質有關。為了減小對地面的撞擊作用，控制下落建筑物解體的尺寸十分重要，逐段延遲爆破可以控制下落物體的質量；盡管建筑物的總體高度不能改變，但可以通過設置上下缺口分層爆破，控制先后下落的解體構件的大小；改變地面覆蓋狀態也可以減小振動的影響范圍。作者提出的建筑物塌落振動速度計算公式已被國內外爆破工程師廣泛用于爆破拆除工程設計計算。本書在詳細介紹了爆破拆除技術原理及有關設計原則后，還列舉了作者參與設計的拆除爆破工程技術設計及振動監測結果。 列車振動的危害現在已引起人們的重視，列車振動對環境的影響，特別是對文物建筑的影響將越來越受到人們關注。我們知道，和地震、爆破作業一樣，軌道交通運營總有一部分能量會傳遞到鄰近地層中，導致地面振動，過強的振動將導致文物損壞。和地震、爆破等產生的振動相比較，軌道交通導致的振動有如下特點：軌道交通導致的振動作用是長期存在的；軌道交通導致的振動是重復、反復發生的；軌道交通振動是一種微振動，其作用時間很長。盡管人們已采取了多種減振隔振措施，其振動能量仍能導致鄰近地面的振動，從而形成建筑物的響應振動。和分析爆破振動傳播一樣，我們采用無量綱參數組合，分析列車影響地面振動強度的主要因素，研究結果給出了由列車軸動載荷、距離，列車速度組成的比例距離來說明列車振動速度的衰減規律。地面振動速度大小與列車速度有關，列車速度高，對地面振動影響也大；隨著距離的增加，振動強度減弱，距離越遠，振動速度越小，并且隨著至鐵路的距離的平方關系而減小，距離相比列車速度或載重量對地面振動的影響更為重要。 文物建筑、文化遺產是老祖宗留給后人的寶貴遺產，是全民族、全人類的共同財富，它們不但屬于今天，更屬于未來。規劃好城市發展的未來、建設好現代新城、展現好古代文明是北京、西安等文明古城發展面對的共同課題，要妥善處理好城市發展和文物保護的矛盾。列車運行振動對環境的影響研究不多，本書給出的研究列車振動影響的方法和思路，包括涉及的工程實例，對未來大型城市發展建設，高鐵、地鐵建設線位設計規劃，文物建筑等文化遺產保護都有重要的指導意義。 1.1 爆破的基本概念 1.1.1 單藥包爆破的基本現象 如果把一個1kg的藥包埋在地平面以下1m深的土中，點火起爆后，就可以看到藥包上邊的土被炸成碎塊并拋散到空中，然后這些碎土塊又回落到地面上。結果，在原來埋置藥包的地面上形成了一個坑，這就是單藥包爆破時的基本現象。因為爆破形成的坑的形狀像漏斗，所以把爆坑叫做爆破漏斗。藥包在地面下的埋置深度稱為*小抵抗線。 在實際爆破工程中，有的需要炸成一定形狀的漏斗，如開挖渠道、水池等；有的需要挖取一定的土石方量，如采石；有的需要把土或巖石拋擲到一定位置，如定向爆破搬山造田、筑壩等。因此需要了解爆破時土巖體的運動情況，以及爆后形成漏斗的大小和爆破的破壞范圍。 圖1.1.1是在黏土中單藥包爆破地面中心點的速度變化曲線。*小抵抗線W=1.5m，球形裝藥半徑r0=15.5cm，裝藥密度.=1g/cm3，比例埋深W/Q1/3=0.6m/kg1/3，Q為炸藥量。我們看到起爆后，t0時地表開始運動，在幾十毫秒內，以上百g的加速度迅速上升，并達到*大速度vm，可達幾十米每秒。在t0~tm十幾毫秒內地表減速上升。然后是一等速上升階段。根據高速攝影資料，在tb以后，地表運動鼓包破裂，爆炸氣體沖出。爆破巖塊在重力場作用下飛散并回落。 圖1.1.1 土中單藥包爆破鼓包頂點速度-時間曲線 Knox曾在引用一次近500t炸藥、埋深38.2m的藥包爆破地面中心點速度曲線時給出了早期鼓包表面運動的加速度階段，說明在形成漏斗的爆破中，壓縮應力波在到達自由表面反射成拉伸波后產生了破壞作用。起爆后0.12s，巖石運動*大速度為21.3m/s(圖1.1.2)，之后有一減速過程。大約在0.35s時，由于藥室空腔內高壓氣體作用，地表做第二次加速度運動，*大速度達到40~50m/s。氣體加速在爆破漏斗形成過程中起主要作用。 圖1.1.2 一次近500t炸藥爆破時鼓包頂點速度-時間曲線 從上述描述地表運動的一般特征中，可以看到地面產生顯著位移是在爆炸氣體產物作用下的加速過程，這一階段的運動特征對爆破形成的可見漏斗尺寸和拋擲堆積形狀具有十分重要的意
爆破及其振動力學分析 作者簡介
周家漢，中國科學院力學研究所研究員，生于1941年，湖北宜昌人，1964年畢業于中國科學技術大學近代力學系。曾任中國工程爆破協會副理事長，國家文物局顧問專家，現為中國科學院老科學家科普演講團成員。長期從事爆破理論和爆破技術應用的研究工作，1975年主編《定向爆破及其在農田基本建設中的應用》一書。參加并負責編制住房和城鄉建設部委托的《爆破工程消耗量定額》（GYD-102-2008）。監測總結爆破振動傳播規律，研究列車運行振動對文物建筑的影響，提出采用列車運行振動傳播規律結合“比例距離”的方法預測高速鐵路列車運行振動，為我國文物建筑防工業振動國家標準的制定、多項軌道交通建設項目線路與文物建筑間距離的確定提供了科學依據。
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