边坡抛掷爆破峰值质点振动速度的无量纲分析

周文海; 梁瑞; 余建平; 杜超飞; 王敦繁; 楼晓明

doi:10.11883/bzycj-2017-0373

边坡抛掷爆破峰值质点振动速度的无量纲分析

doi: 10.11883/bzycj-2017-0373

1.
兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州 730050
2.
浙江大学海洋学院，浙江舟山 316021
3.
福州大学爆炸技术研究所，福建福州 350116

基金项目: 国家自然科学基金（51566010，51076061）；甘肃省自然科学基金（B061709）

详细信息

作者简介:
周文海（1989－　），男，硕士，讲师，hai2yin@163.com

通讯作者:
梁　瑞（1968－　），男，博士，教授，liangr@lut.cn

中图分类号: O389; TU45
计量
- 文章访问数: 5144
- HTML全文浏览量: 2210
- PDF下载量: 64
- 被引次数: 29
出版历程
- 收稿日期: 2017-10-17
- 修回日期: 2017-12-17
- 刊出日期: 2019-05-01

Dimensionless analysis on peak particle vibration velocity induced by slope casting blast

1.
School of Petrochemical Technology, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, Gansu, China
2.
Ocean College, Zhejiang University, Zhoushan 316021, Zhejiang, China
3.
Institute of Explosive Technology, Fuzhou University, Fuzhou 350116, Fujian, China

摘要

摘要: 为研究边坡抛掷爆破振动波传播过程所诱发的地表质点振动情况，运用量纲分析理论构建考虑高程影响的振动峰值速度公式，在此基础上依据边坡抛掷爆破模型将炮孔药包划分为无数微元体进行积分运算，最终得到边坡抛掷爆破振动峰值速度公式。结果显示，同一地理环境和爆破工艺条件下，峰值速度主要由炸药性能、装药深度、测点与爆源间距以及爆破作用指数所决定。同时对某边坡爆破现场进行试验测振，将实测峰值速度数据分别代入萨氏公式、3个常用萨氏修正公式以及通过无量纲理论推导出的速度公式进行非线性回归运算，得到坡表面实测值与各峰值速度公式预测值之间平均误差分别为32%、34.25%、29.58%、39%和7%，坡体内实测值与各峰值速度公式预测值之间平均误差分别为27.63%、23.5%、16.88%、33.889%和13.25%。
- 量纲分析 /
- 抛掷爆破 /
- 峰值速度 /
- 高程放大效应
Abstract: To study the surface particle vibration of vibration wave propagation on slope casting blast, we utilize dimensional analysis to construct the vibration peak velocity formula including the factor of elevation. On the basis of the above theory and slope casting blast model, we divide a blasthole charge into sumless micro-units for integral operation, and eventually obtain the formula of particle vibration peak velocity on slope casting blast. The results show that under the same condition of geographical environment and blasting technology, peak velocity primarily depends on explosive performance, charge depth, monitoring point, explosion source space and blasting acting index. We obtain a series of peak velocity on explosion site, and put the measured data at the slope surface and in the slope body into the Saudorsky formula, the average errors between the predicted peak velocity values by the formulas and the measured values at the slope surface are 32%, 34.25%, 29.58%, 39% and 7%, respectively. The average errors between the predicted peak velocity values by the formulas and the measured values in the slope body are 27.63%, 23.5%, 16.88%, 33.889% and 13.25%, respectively.
- dimensional analysis /
- casting blast /
- peak velocity /
- elevation amplification effect

HTML全文

图 1 装药结构平面图

Figure 1. Plane diagram of loaded constitution

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 监测点布置平面图

Figure 2. The plane drawing of monitoring points layout

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 监测点C4水平方向地表振动速度

Figure 3. Surface vibration velocity in horizontal direction at the measured point C4

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 监测点C4垂直方向地表振动速度

Figure 4. Surface vibration velocity in vertical direction at the measured point C4

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 监测点C4 z轴方向地表振动速度

Figure 5. Surface vibration velocity in z direction at the measured point C4

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 地表x、y向峰值振速随测点距炮孔水平距离的变化

Figure 6. Peak vibration velocities in x and y directions of the surface varying with horizontal distances of measuring points away from blasting holes

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 地表z、y向峰值振速随测点距炮孔水平距离的变化

Figure 7. Peak vibration velocities in z and y directions of the surface varying with horizontal distances of measuring points away from blasting holes

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 地表x、y方向峰值振速随测点高程差的变化

Figure 8. Peak vibration velocities in x and y directions of the surface varying with elevation differences of measuring points

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 地表z、y方向峰值振速随测点高程差的变化

Figure 9. Peak vibration velocities in z and y directions of the surface varying with elevation differences of measuring points

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 试验参数

Table 1. Test parameters

测点编号	Q/kg	L/m	H/m	v_{x, max}/(cm·s⁻¹)	v_{y, max}/(cm·s⁻¹)	v_{z, max}/(cm·s⁻¹)	H₂/m	H₁/m
A1	575	291.8	71	0.179 2	0.233 4	0.153 6	5	2
A2	575	301.4	88	0.158 0	0.201 2	0.147 4	5	2
A3	575	311.2	105	0.136 7	0.177 1	0.135 1	5	2
A4	575	320.9	122	0.110 3	0.152 4	0.128 7	5	2
B1	575	279.4	71	1.973 6	2.177 6	1.740 2	5	2
B2	575	288.6	88	1.692 2	1.746 2	1.583 7	5	2
B3	575	298.1	105	1.313 5	1.452 1	1.395 2	5	2
B4	575	307.7	122	1.009 7	1.282 2	1.316 7	5	2
C1	975	176.19	22	2.583 8	2.207 7	1.913 2	9	4
C2	975	178.28	37	2.671 5	2.508 3	2.084 6	9	4
C3	975	176.26	52	2.781 4	2.835 1	2.194 6	9	4
C4	975	177.42	67	2.943 3	3.221 7	2.284 6	9	4

下载: 导出CSV

表 2 实测与预测峰值速度对比表

Table 2. The peak velocity contrast table of measured values and predictive values

测点编号	v_{y, max}/ (cm·s⁻¹)	公式（1）		公式（2）		公式（3）		公式（4）		公式（13）
测点编号	v_{y, max}/ (cm·s⁻¹)	$v_{{y},\max }^{(1)}/$ (cm·s⁻¹)	${\varepsilon ^{(1)}}/$ %	$v_{{{y}},\max }^{(2)}/$ (cm·s⁻¹)	${\varepsilon ^{(2)}}/$ %	$v_{{{y}},\max }^{(3)}/$ (cm·s⁻¹)	${\varepsilon ^{(3)}}/$ %	$v_{{{y}},\max }^{(4)}/$ (cm·s⁻¹)	${\varepsilon ^{(4)}}/$ %	$v_{{{y}},\max }^{(13)}/$ (cm·s⁻¹)	${\varepsilon ^{(13)}}/$ %
A1	0.233 4	0.299 1	28	0.259 9	10	0.322 1	11	0.292 7	46	0.255 2	10
A2	0.191 2	0.248 7	30	0.237 8	24	0.229 2	20	0.240 0	26	0.175 6	8
A3	0.157 1	0.214 1	36	0.221 5	41	0.173 4	15	0.208 9	33	0.129 5	18
A4	0.132 4	0.172 8	31	0.291 5	49	0.130 1	2	0.190 7	44	0.092 2	30
B1	2.177 6	1.458 9	33	1.418 5	35	2.655 9	22	1.546 1	29	1.869 8	14
B2	1.846 2	1.253 4	32	1.229 9	33	1.510 5	40	0.992 6	46	1.769 4	4
B3	1.552 1	1.077 9	31	2.216 4	37	1.184 1	24	1.034 9	32	1.470 3	5
B4	1.382 2	0.944 5	32	0.943 1	32	0.946 8	32	0.706 3	49	1.451 3	5
C1	2.207 7	3.047 3	62	2.896 0	31	2.902 4	31	3.404 8	54	2.633 6	2
C2	2.508 3	2.958 7	18	3.013 9	20	2.672 9	21	3.366 7	34	2.574 7	3
C3	2.835 1	2.924 6	3	3.129 3	10	2.571 3	9	3.383 2	19	2.516 1	11
C4	3.221 7	2.811 2	13	3.315 9	3	2.374 5	26	3.269 1	15	2.438 6	24

下载: 导出CSV

参考文献(19)

[1]	吴德伦, 叶晓明. 工程爆破安全振动速度综合研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 1997, 16(3): 266–273. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.1997.03.010 WU Delun, YE Xiaoming. A comprehensive review and commendation of blast vibration safety velocity [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 1997, 16(3): 266–273. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.1997.03.010
[2]	张智宇, 刘殿柱, 马军, 等. 爆破振动载荷作用下露天矿高边坡动态响应分析 [J]. 防灾减灾工程学报, 2015, 35(3): 373–377. DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2015.03.015. ZHANG Zhiyu, LIU Dianzhu, MA Jun, et al. Dynamic response analysis of high open-pit slope under blasting vibration load [J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2015, 35(3): 373–377. DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2015.03.015.
[3]	SINGH P K, ROY M P. Damage to surface structures due to blast vibration [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2010, 47(6): 949–961. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2010.06.010.
[4]	LU Wenbo, LUO Yi, CHEN Ming, et al. An introduction to Chinese safety regulations for blasting vibration [J]. Environmental Earth Sciences, 2012, 67(7): 1951–1959. doi: 10.1007/s12665-012-1636-9
[5]	闫鸿浩, 李晓杰, 曲艳东, 等. 爆破振动速度测试精细分析 [J]. 岩土力学, 2007, 28(10): 2091–2094. DOI: 10.16285/j.rsm.2007.10.004. YAN Honghao, LI Xiaojie, QU Yandong, et al. Fine analysis of blasting vibration velocity testing [J]. Rock and Soil Mechanics, 2007, 28(10): 2091–2094. DOI: 10.16285/j.rsm.2007.10.004.
[6]	史秀志, 陈新, 史采星, 等. 基于GEP的爆破峰值速度预测模型 [J]. 振动与冲击, 2015, 34(10): 95–99. DOI: 10.13465/j.cnki.jvs.2015.10.016. SHI Xiuzhi, CHEN Xin, SHI Caixing, et al. Prediction model for blasting-vibration-peak-speed based on GEP [J]. Journal of Vibration and Shock, 2015, 34(10): 95–99. DOI: 10.13465/j.cnki.jvs.2015.10.016.
[7]	MCGARR A. Estimating ground motions for small nearby earthquakes [C] // Seismic Design of Embankments and Caverns. New York: ASCE, 1983: 113−127.
[8]	梁书锋, 王宇涛, 刘殿书, 等. 爆破振动速度预测安全保证系数的确定 [J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(5): 741–746. DOI: 10.11883/1001-1455(2015)05-0741-06. LIANG Shufeng, WANG Yutao, LIU Dianshu, et al. Determination of safety coefficient for predicting blasting vibration velocity [J]. Explosion and Shock Waves, 2015, 35(5): 741–746. DOI: 10.11883/1001-1455(2015)05-0741-06.
[9]	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 爆破安全规程: GB6722-2003 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2004.
[10]	顾毅成. 对应用爆破振动计算公式的几点讨论 [J]. 爆破, 2009, 26(4): 78–80. doi: 10.3969/j.issn.1006-7051.2009.04.021 GU Yicheng. Discussion on the utilization of blasting vibration formula [J]. Blasting, 2009, 26(4): 78–80. doi: 10.3969/j.issn.1006-7051.2009.04.021
[11]	陈均, 周洪文. 清江隔河岩水电站厂房高边坡开挖爆破振动地震效应的研究 [C] // 国际滑坡与岩土工程学术会议论文集. 武汉: 华中理工大学出版社, 1991.
[12]	MARRARA F, SUHADOLC P. Site amplifications in the city of Benevento (Italy): comparison of observed and estimated ground motion from explosive sources [J]. Journal of Seismology, 1998, 2(2): 125–143. DOI: 10.1023/a:1008052204879.
[13]	陈明, 卢文波, 李鹏, 等. 岩质边坡爆破振动速度的高程放大效应研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2011, 30(11): 2189–2195. DOI: 1000-6915(2011)11-2189-07. CHEN Ming, LU Wenbo, LI Peng, et al. Elevation amplification effect of blasting vibration velocity in rock slope [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(11): 2189–2195. DOI: 1000-6915(2011)11-2189-07.
[14]	朱传统, 刘宏根, 梅锦煜. 地震波参数沿边坡坡面传播规律公式的选择 [J]. 爆破, 1988(2): 30–34. ZHU Chuantong, LIU Honggen, MEI Jinyu. Selection of formula on propagation of the parameters of explosive seismic wave along slope [J]. Blasting, 1988(2): 30–34.
[15]	杨珊, 陈建宏, 郭宏斌, 等. 基于回归分析的隧道爆破振动传播规律研究 [J]. 中国安全科学学报, 2011, 21(10): 71–75. DOI: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2011.10.006. YANG Shan, CHEN Jianhong, GUO Hongbin, et al. Application of regressive analysis in the research on propagation law of tunnel blasting vibration [J]. China Safety Science Journal, 2011, 21(10): 71–75. DOI: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2011.10.006.
[16]	YAN Peng, LU Wenbo, ZHANG Jing, et al. Evaluation of human response to blasting vibration from excavation of a large scale rock slope: a case study [J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2017, 16(2): 435–446. DOI: 10.1007/s11803-017-0391-z.
[17]	蒋楠, 周传波, 平雯, 等. 岩质边坡爆破振动速度高程效应 [J]. 中南大学学报(自然科学版), 2014, 45(1): 237–243. DOI: 1672-7207(2014)01-0237-07. JIANG Nan, ZHOU Chuanbo, PING Wen, et al. Altitude effect of blasting vibration velocity in rock slopes [J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2014, 45(1): 237–243. DOI: 1672-7207(2014)01-0237-07.
[18]	唐海, 李海波. 反映高程放大效应的爆破振动公式研究 [J]. 岩土力学, 2011, 32(3): 820–824. DOI: 10.16285/j.rsm.2011.03.026. TANG Hai, LI Haibo. Study of blasting vibration formula of reflecting amplification effect on elevation [J]. Rock and Soil Mechanics, 2011, 32(3): 820–824. DOI: 10.16285/j.rsm.2011.03.026.
[19]	刘殿中. 工程爆破实用手册 [M]. 2版. 北京: 冶金工业出版社, 1999: 217−233.

施引文献

期刊类型引用(17)

1.	邵磊, 张梅, 邓丁, 郭连军, 高久庆, 赵鑫. 露天矿山爆破质点峰值振速预测公式研究. 爆破. 2025(02) 百度学术
2.	黄永辉，阮迅，雷振，毛泽凌，张智宇，周继国. 装药不耦合系数对台阶爆破破碎块体抛掷运动规律影响研究. 工程科学与技术. 2025(02): 223-233 . 百度学术
3.	鲜文双，张凯，刘伟，李阳超. 封闭式地下爆炸地表振动数值模拟及试验研究. 防化研究. 2025(02): 46-57 . 百度学术
4.	鲜文双，刘伟，张凯，李阳超，舒海龙，翟红波. 基于量纲分析的浅埋炸药爆炸地表振动速度试验研究. 火工品. 2024(06): 84-88 . 百度学术
5.	陈春超，陈士海，张智宇，曾凡福，苏松. 台阶爆破模型试验下破碎岩石抛掷速度规律分析. 华侨大学学报(自然科学版). 2023(02): 157-165 . 百度学术
6.	朱颂波，徐振洋，张祚富，李政，郇宝乾. 考虑炮孔密集系数及高程影响下质点峰值速度的预测模型研究. 有色金属工程. 2023(09): 139-149 . 百度学术
7.	孙宝财，凌晓，周文海，王树江. 埋地输气管道对城市地下空间掘进爆破的力学响应. 爆破. 2022(03): 190-198 . 百度学术
8.	赵岩，王小敬，王海龙，王东升. 交叉隧道爆破振速回归分析及对比研究. 工程爆破. 2022(05): 121-127 . 百度学术
9.	梁瑞，胡才智，周文海，朱冕. 隧道掘进爆破载荷作用下埋地管道的振动峰值速度预测研究. 中国安全生产科学技术. 2021(05): 123-129 . 百度学术
10.	唐海，马谕杰，夏祥，朱帅帅，姜威振. 负高差地形爆破振动规律研究. 工程爆破. 2021(05): 16-25 . 百度学术
11.	杨茂森，陈永祥，郝润华. 露天煤矿超高台阶抛掷爆破振动效应评价. 爆破. 2021(04): 156-162 . 百度学术
12.	李新平，边兴，罗忆，吕均琳，任高峰. 地下洞室边墙爆破振动传播衰减规律研究. 岩土力学. 2020(06): 2063-2069 . 百度学术
13.	何理，钟东望，李鹏，宋琨，司剑峰. 下穿隧道爆破荷载激励下边坡振动预测及能量分析. 爆炸与冲击. 2020(07): 108-117 . 本站查看
14.	费鸿禄，孙晓宇，关福晨，刘雨. 水下深埋岩石爆破振动衰减规律研究. 爆破. 2020(03): 26-33+55 . 百度学术
15.	Chen Li，Shufeng Liang，Yongchao Wang，Long Li，Dianshu Liu. Attenuation Parameters of Blasting Vibration by Fuzzy Nonlinear Regression Analysis. Journal of Beijing Institute of Technology. 2020(04): 520-525 . 必应学术
16.	叶海旺，袁尔君，雷涛，龙梅. 基于量纲分析的爆破振动质点峰值速度预测公式. 金属矿山. 2019(05): 56-61 . 百度学术
17.	万嗣鹏，张义平，陶铁军，池恩安，罗毅. 基于准岩体抗拉强度的爆破振动速度衰减公式改进. 金属矿山. 2019(07): 60-64 . 百度学术