于鵬+趙勇+郭愛(ài)清

摘要： 利用混凝土試塊重復(fù)傾倒來(lái)模擬建筑構(gòu)塌落傾倒的過(guò)程，用爆破測(cè)振儀采集塌落振動(dòng)信號(hào)[1]，通過(guò)使用不同減震物放在混凝土試塊傾倒前方研究其減震效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)減震物為稻草時(shí)，塌落振動(dòng)產(chǎn)生的地震波峰值振速衰減速度更快，減震效果最好；黃沙次之。隨著距震源的距離不斷增加，有減震物的減震效果雖然有所下降，但仍然比無(wú)減震物時(shí)好。

Abstract： By imitating the collapse of concrete blocks，we carry out the falling of constructions demolition blastingwe adopt vibration meter to collect collapse vibration signals，we study the damping effects by putting different damping materials in front of the falling concrete blocks. Results showed that seismic wave peak resulted from collapse vibration reduces faster， the mitigation effect is the best when damping material is straws， the second best is the sand the mitigation effect reduces when the distance from the source grows， but it is better than no damping material.

關(guān)鍵詞：減震物；塌落振動(dòng)；峰值振速；減震效果

Key words： damping material；collapse vibration；peak particle velocity；damping effect

中圖分類(lèi)號(hào)：TU746.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）29-0152-02

0 引言

塌落振動(dòng)作為爆破拆除引起的次生危害逐漸引起人們的重視，主要原因塌落振動(dòng)振幅比爆破振動(dòng)高，頻率更低，與建筑物的自振頻率更接近，對(duì)周?chē)ㄖ锏挠绊懜?。因此，如何有效控制或減少塌落振動(dòng)[2]的危害引起了眾多學(xué)者的關(guān)注，王希之等以工程實(shí)踐為背景及結(jié)合相關(guān)理論，分析了高大建筑物的解體形式、塌落體觸地能量和塌落振動(dòng)產(chǎn)生的地震波在介質(zhì)中的傳播規(guī)律等[3]；其他學(xué)者在此基礎(chǔ)上提出了不同的減震措施，但大多集中于模擬試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也主要集中于不同減震溝的研究，而本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究不同減震物對(duì)塌落振動(dòng)減震效果的影響，這是本試驗(yàn)在減震效果研究方面的新穎之處。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)是利用混凝土模型傾倒觸地產(chǎn)生的振動(dòng)來(lái)模擬震源，最珍貴的是該試驗(yàn)可以重復(fù)多次進(jìn)行，通過(guò)不同減震物對(duì)建筑物在爆破拆除過(guò)程中引起的塌落振動(dòng)的減震效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，并用爆破測(cè)振儀采集振動(dòng)信號(hào)。

1.1 試驗(yàn)器材 混凝土試塊（120cm×40cm×30cm）、ICP-104恒流源信號(hào)轉(zhuǎn)換器、UBOX-5016爆破振動(dòng)測(cè)振儀、TP-32D壓電式加速度傳感器、外接計(jì)算機(jī)等。

1.2 試驗(yàn)方案 ①開(kāi)展試驗(yàn)的在混凝土地面上，地質(zhì)條件符合試驗(yàn)要求，在試塊倒塌前方布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)相鄰測(cè)點(diǎn)之間的距離為2m，震源距最近的測(cè)點(diǎn)1距離也為2m。②在混凝土前方放置8cm厚的稻草條件下進(jìn)行試塊傾倒振動(dòng)測(cè)試（3次）如圖1（a）所示。③在混凝土前方放置3cm厚的黃沙條件下進(jìn)行試塊傾倒振動(dòng)測(cè)試（3次）如圖1（b）所示。④在混凝土前方無(wú)減震物狀態(tài)下進(jìn)行試塊傾倒振動(dòng)測(cè)試（3次）如圖1（c）所示。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)不同的減震物進(jìn)行試驗(yàn)，在相同震源條件下，通過(guò)爆破測(cè)振儀采集振動(dòng)信號(hào)，各測(cè)點(diǎn)的峰值振速和主振頻率如表1所示。

如表1，在相同條件下各測(cè)點(diǎn)的峰值振速和主振頻率都比較接近，基本達(dá)到重復(fù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷囊?。在無(wú)減震物的條件下測(cè)點(diǎn)1三次相同試驗(yàn)所測(cè)得振速曲線(xiàn)圖如圖2所示，從圖中可以看出，三次實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)波形相似、峰值相近，同一條件下的三次試驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)重復(fù)性較好。

從測(cè)得的峰值振速來(lái)看，每次試塊傾倒后各測(cè)點(diǎn)的峰值振速都較好的體現(xiàn)了地震波的衰減特性，由表1看出，減震物對(duì)塌落振動(dòng)產(chǎn)生的地震波有很好的減震效果，加快了地震波的衰減速度。主要原因是地震波在通過(guò)減震物時(shí)，地震波發(fā)生散射等現(xiàn)象，同時(shí)還發(fā)生了相互干涉、疊加等效應(yīng)，造成了能量的衰減。根據(jù)表1，從測(cè)點(diǎn)1到測(cè)點(diǎn)2，主振頻率下降明顯，但從測(cè)點(diǎn)2到測(cè)點(diǎn)3，主振頻率下降速率減慢。這主要是因?yàn)榈孛娼橘|(zhì)存在阻尼作用，而介質(zhì)的阻尼作用大小與地震波的震動(dòng)頻率有關(guān)，頻率越高振動(dòng)介質(zhì)中受到的阻尼作用也越大，即高頻震動(dòng)成分容易被吸收，低頻震動(dòng)成分比較穩(wěn)定。由高頻到低頻的過(guò)程也是能量損失的過(guò)程。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

由表1計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)的平均峰值速度，得表2。從表2中可以看出，測(cè)點(diǎn)1平均峰值速度數(shù)據(jù)在不同減震物條件下差異很大，出現(xiàn)如此大的差異主要原因是塌落振動(dòng)產(chǎn)生的地震波在通過(guò)不同減震物時(shí)發(fā)生折射、反射、散射等相互干涉、疊加作用造成的。從測(cè)點(diǎn)1到測(cè)點(diǎn)3，隨著距震源距離的增加，平均峰值振速也在遞減，另外也可以看出不同減震物的下降幅度也不同。為此，將測(cè)點(diǎn)1到測(cè)點(diǎn)3的平均峰值振速擬合成峰值振速曲線(xiàn)圖，如圖3所示。

從圖3中數(shù)據(jù)可以看出，在測(cè)點(diǎn)1時(shí)減震物是稻草的時(shí)候，峰值均值振速最小，黃沙其次，這說(shuō)明稻草在對(duì)比黃沙和無(wú)減震物時(shí)的初始減震效果最好；其次在測(cè)點(diǎn)2時(shí)，減震物為稻草時(shí)，峰值振速衰減最快，黃沙居中，無(wú)減震物時(shí)峰值振速衰減最為緩慢，這也說(shuō)明減震物為稻草時(shí)，中期減震效果最好；但在測(cè)點(diǎn)3時(shí)，無(wú)減震物和減震物為稻草、黃沙的峰值振速相差減小并逐漸趨向于0，減震物的減震效果減弱，但相較于無(wú)減震物時(shí)，有減震物的減震效果仍然要好，同時(shí)又說(shuō)明了當(dāng)測(cè)點(diǎn)距離震源足夠遠(yuǎn)時(shí)，有減震物的減震效果有所減弱。

3 試驗(yàn)采集信號(hào)的三維能量譜

通過(guò)在Matlab7.0操作平臺(tái)上對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行HHT法分析，得到信號(hào)的希爾伯特三維能量譜，通過(guò)觀察三維能量譜圖可以清楚地看到信號(hào)時(shí)間—能量，時(shí)間—頻率，頻率—能量之間的關(guān)系[1]。

圖4是測(cè)點(diǎn)2在不同減震物的條件下，取試驗(yàn)三次數(shù)據(jù)中的一組數(shù)據(jù)，作出其三維能量譜作為代表。從圖中可以看出，能量集中范圍中心頻率在32Hz左右，與無(wú)減震物相比，減震物為黃沙、稻草時(shí)，在測(cè)點(diǎn)2，能量幅值分別下降了21.7%、50.0%。能量幅值下降明顯，與峰值振速降低的百分比基本一致，偏差在可以接受的范圍內(nèi)。當(dāng)在測(cè)點(diǎn)2時(shí)，地震波能量衰減的最快，與上文分析結(jié)果一致。證明了有減震物時(shí)的減震效果更好，當(dāng)減震物為稻草時(shí)，減震效果最好。

4 結(jié)論

①現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)通過(guò)改變不同減震物，驗(yàn)證了當(dāng)減震物為稻草時(shí)，初始減震效果最好。②同時(shí)驗(yàn)證了減震物為稻草時(shí)，塌落振動(dòng)的峰值振速降低的最快，減震效果最好；隨著距震源的距離不斷增加，有減震物的減震效果雖然有所下降，但仍然是比較好的，其中減震物為稻草時(shí)，減震效果最佳。③在城市建筑物爆破拆除時(shí)，可以通過(guò)在塌落前方或下面放置減震物來(lái)降低塌落振動(dòng)的峰值振速，以保護(hù)周?chē)渌ㄖ锖驮O(shè)施。實(shí)際工程中，在有條件的情況下，盡可能放置一些減震物，最好為稻草一類(lèi)的植物秸稈。為了達(dá)到更好的減震效果，可以結(jié)合其他減震物做進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

參考文獻(xiàn)：

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