浅埋地下爆破振动预测技术

随着我国国民经济的持续、快速发展和大量基础建设的增加，工程爆破技术依靠其高效、快速等优点，已经被深入应用到国民经济建设的各个领域中。工程爆破的应用范围已由初的采矿、修路和爆破山体等发展到今天的大型建（构）筑物的拆除、地下大型超市与停车场的建设、地铁的建设、隧道与基坑的开挖、人防工程、道路与机场的平整建设、核电站建设与核废料处理、地下军事掩体防护等空间的综合开发利用。工程爆破的应用大幅度降低了人们的劳动强度，迅速地提高了爆破工程的效率。
工程爆破在给人们带来快速、高效、低耗的同时，也带来了对周围环境的振动、个别飞散物、空气冲击波和噪声的负面效应，造成人员伤亡、财产损失，工程爆破对周围环境和建筑设施的负面影响尤其是爆破振动危害已成为人们关注的重点。在当今建设和谐小康社会的大环境下，随着人们环保意识的日益增强、工程爆破技术应用的日益广泛和应用领域的不断扩大，人们越来越关注爆破时产生的振动、飞石和冲击波等问题。
由于炸药爆炸与岩石间的相互作用是一个非常复杂的过程，涉及炸药的爆轰、岩石高应变率下的动态特性和破坏介质特性理论，同时爆破地质条件的多样性、结构形式和爆破方式的多样化致使对这种相互作用的了解非常肤浅，由此引起对爆破灾害产生的机制和减灾响应分析缺乏实质性认识，需要进行长期、深入、细致的研究。因此，浅埋地下爆破地震预测与减灾效应研究是岩土爆破界防灾减灾工程与防护工程亟待解决的热点问题，也是工程爆破界关注的焦点。
近十年来，笔者一直从事工程爆破的科研和技术服务工作，作为主要参与人员完成了多项控制爆破科研项目和大量爆破工程实践活动，积累了较多的爆破安全经验和研究成果。通过硕士、博士阶段的研究工作，在山东交通学院博士科研启动基金“大型工程中的控制爆破减灾效应分析关键技术研究”、 山东交通学院科研基金“控制爆破减灾关键技术与爆破震动舒适性研究”、山东省土木工程防灾减灾重点实验室课题基金“浅埋地下爆破地震预测与减灾效应分析研究”（编号：CDPM2014KF04）与2019年省级水利科研与技术推广项目(SDSLKY201909)等基金的资助下，笔者在浅埋地下爆破地震预测与减灾效应研究方面取得了显著的成效，得出了许多有意义的结论。
随着爆破安全技术的科学化、规范化建设，爆破安全技术在提高爆破作业人员的安全技术水平，预防和减少爆破事故的发生，保障国家和人民群众的生命财产安全，让工程爆破更好地服务于国民经济建设奋斗目标等方面，将会发挥更加重要的作用。
本书在编写过程中参考了国内外工程爆破界同仁们的部分研究成果，在此一并表示感谢。由于作者水平有限，书中难免存在不足，有些观点和结论尚不成熟，敬请同行专家、读者批评指正。

张伟
2021年2月

本书较系统地研究了浅埋地下爆破地震波的传播特性及建筑结构对爆破地震的响应问题，重点阐述了建筑结构爆破地震效应理论研究的新方法和新进展。首先，从岩石中爆炸破坏分区、振动参数等进行研究，深入研究爆破震源机制。其次，建立爆破地震波在半无限介质自由表面运动的计算模型，对运动规律和振动响应进行预测。后，研究爆破振动信号的变化规律，实现了爆破振动规律由经验算法向理论的转变。
本书可供从事爆破工程、防灾减灾工程与防护工程、岩土工程、结构抗震工程等研究与设计施工的专业人员和工程技术人员参考，也可作为高校相关专业的研究生教材。

无

第1章绪论1
1.1研究背景和意义2
1.2国内外研究现状4
1.3本书的研究内容和研究方法16

第2章爆破地震波测试分析19
2.1爆破地震波20
2.2爆破地震波的现场测试与分析25
2.3小波及小波包分析原理40
2.4爆破地震波的小波包分析55
2.5小结69

第3章爆破地震波对不同结构体系建筑物的震害分析71
3.1爆破地震波的相关参数72
3.2爆破地震波对不同结构体系建筑物的震害分析75
3.3小结83

第4章爆破振动能量的小波分析85
4.1单自由度体系分析86
4.2基于小波分析的单自由度爆破振动能量反应89
4.3基于小波分析的爆破振动能量的分布92
4.4小结101

第5章岩石中爆炸破坏分区与震源机制103
5.1引言104
5.2岩石中爆炸破坏分区与压力时程研究105
5.3工程实例计算与分析116
5.4小结120

第6章爆破地震波在半无限介质自由表面的运动规律预测121
6.1基本理论122
6.2波动方程的分离变量解126
6.3爆破地震波在半无限介质自由表面运动的计算模型129
6.4工程实例计算与分析134
6.5小结137

第7章基于动力有限元ANSYS/LS-DYNA的爆破振动响应139
7.1ANSYS/LSDYNA的算法基础140
7.2框架结构小高层的爆破振动响应145
7.3爆破振动响应分析156
7.4小结176

第8章爆破地震波特性影响因素的数值模拟179
8.1结构模型180
8.2地质条件对爆破地震波传播特性的影响分析184
8.3爆破参数对爆破地震波传播特性的影响分析190
8.4爆心距对爆破地震波传播特性的影响分析197
8.5小结199

参考文献200

本书较系统地研究了浅埋地下爆破地震波的传播特性及建筑结构对爆破地震的响应问题，重点阐述了建筑结构爆破地震效应理论研究的新方法和新进展。首先，从岩石中爆炸破坏分区、振动参数等进行研究，深入研究爆破震源机制。其次，建立爆破地震波在半无限介质自由表面运动的计算模型，对运动规律和振动响应进行预测。后，研究爆破振动信号的变化规律，实现了爆破振动规律由经验算法向理论的转变。
本书可供从事爆破工程、防灾减灾工程与防护工程、岩土工程、结构抗震工程等研究与设计施工的专业人员和工程技术人员参考，也可作为高校相关专业的研究生教材。

无