1.中国地震局地震研究所地震预警湖北省重点实验室 湖北武汉 430071；2.武汉地震工程研究院 湖北武汉 430071
摘要：运用Matlab绘图功能及逻辑运算函数，可较为便捷分析爆破过程中各阶段地面质点最大振动速度和主振频率，详细确定爆破振动作用下地面的振动速度分布规律，对保证爆区周围建筑物的安全具有重要意义。
关键词：爆破振动测试；振动速度；冲击振动
0 前言
TC-4850爆破测振仪可用于现场爆破振动、主振频率等测试，而且可以对信号进行记录和分析。该仪器可以测水平径向、水平切向、垂直向三个方向的质点振动速度，其自带分析软件仅能获得全时程的最大振动速度，及其对应的主振频率、时刻[1]。而现实爆破过程伴随多阶段的振动现象[2]，本文运用Matlab对爆破过程不同阶段进行振动速度及振动频率分析，进而获得各阶段进行振动最大速度及主振频率。
1 爆破数据来源
爆破对象（1#、2# 冷却塔）位于周口隆达发电有限公司院内，两座冷却塔并立且间距为35m。冷却塔属于薄壁双曲线双层钢筋网混凝土结构，由环形基础、人字形柱、环形梁和通风筒四部分构成。冷却塔总高均为100m，基础最外面直径为82m。1#、2# 冷却塔北侧为马路，距民用建筑最近约50m（图1），南侧发电机房据爆破区最近距离约24m。冷却塔拆除采用定向爆破拆除方案，倒塌方向均为南东东倒塌[3-5]。
本次测试采用成都中科测控有限公司制造的TC-4850爆破测振仪，TC-4850爆破测振仪不仅可用于现场爆破振动、主振频率等测试，而且可以对信号进行记录和分析。该仪器可以测水平径向、水平切向、垂直向三个方向的质点振动速度[1]。本次1#、2#冷却塔爆破振动检测共用检测仪器5台，所用的TC-4850爆破测振仪均经过权威检测机构检定为合格。
1#、2#冷却塔于2015年12月23日10点00分起爆，按设计方向倒塌，爆破达到预期效果。5个测点都测量到了数据。
图1 拟爆破冷却塔周围环境卫星图
2 爆破振动监测数据分析
2.1 TC-4850分析结果
以测点1为例，由TC-4850爆破测振仪给出时程-速度图可以识别出3个阶段振动现象（图2，X水平径向，Y水平切向，Z垂直向），而该软件仅能给出全时程最大振动速度及其对应主振频率、时刻（表1）。
2.2 Matlab分析结果
为探索爆破各阶段振动特征，本文运用Matlab绘图及逻辑运算函数功能，对各阶段振动特征进行分析[6-9]。以测点1数据为例，该数据可分为0~2s（炸药爆破引起的振动）、2~6.5s（爆破缺口前沿触地引起的振动）、6.5s~10s（冷却塔主体触地引起的振动）三个主要阶段，TC-4850爆破测振仪获得原始数据格式为[时刻（ms），水平径向速度（m/s），水平切向速度（m/s），垂直向速度（m/s）] txt文档，测点1文档命名为point1.txt，仪器采样时间间隔为0.25ms，以水平切向数据为例，获得各阶段最大振速、主振频率及最大振速出现时刻。
Matlab绘图及逻辑运算函数如下：
%绘制测点1水平切向三个阶段时程速度图(图3)
load point1.txt;
staget1=point1(1:8001,1)*0.001;%炸药爆破引起的振动阶段时间范围
staget2=point1(8002:26001,1)*0.001;
staget3=point1(26002:40001,1)*0.001;
stagev1=point1(1:8001,3)*100;%炸药爆破引起的振动阶段速度值
stagev2=point1(8002:26001,3)*100;
stagev3=point1(26002:40001,3)*100;
subplot(3,1,1)
plot(staget1,stagev1,'b'),xlabel('时间（s）'),ylabel('速度(cm/s)'),legend('炸药爆破引起的振动'),grid
subplot(3,1,2)
plot(staget2,stagev2,'b'),xlabel('时间（s）'),ylabel('速度(cm/s)'),legend('爆破缺口前沿触地引起的振动'),grid
subplot(3,1,3)
plot(staget3,stagev3,'b'),xlabel('时间（s）'),ylabel('速度(cm/s)'),legend('冷却塔主体触地引起的振动'),grid
%计算测点1水平切向三个阶段最大振速、主振频率及最大振速出现时刻
%炸药爆破引起的振动阶段
v1max=max(abs(stagev1));%最大振速
line1=find(abs(stagev1)==v1max);%最大振速所在行数
t1=point1(line1,1)*0.001;%最大振速时刻
n=1;
while point1(line1,3)*point1(line1-n,3)>0 %单向逐个数据寻找零振速
n=n+1;
end
t11=point1(line1-n,1)*0.001;%最大振速半波长起始时刻
n=1;
while point1(line1,3)*point1(line1+n,3)>0
n=n+1;
end
t12=point1(line1+n,1)*0.001;%最大振速半波长终止时刻
f1=1/((t12-t11)*2);%最大振速对应主振频率
%爆破缺口前沿触地振动阶段
v2max=max(abs(stagev2));%
line2=find(abs(stagev2)==v2max)+8001;
t2=point1(line2,1)*0.001;%最大振速时刻
n=1;
while point1(line2,3)*point1(line2-n,3)>0
n=n+1;
end
t21=point1(line2-n,1)*0.001;
n=1;
while point1(line2,3)*point1(line2+n,3)>0
n=n+1;
end
t22=point1(line2+n,1)*0.001;
f2=1/((t22-t21)*2);
%冷却塔主体触地振动阶段
v3max=max(abs(stagev3));
line3=find(abs(stagev3)==v3max)+26001;
t3=point1(line3,1)*0.001;
n=1;
while point1(line3,3)*point1(line3-n,3)>0
n=n+1;
end
t31=point1(line3-n,1)*0.001;
n=1;
while point1(line3,3)*point1(line3+n,3)>0
n=n+1;
end
t32=point1(line3+n,1)*0.001;
f3=1/((t32-t31)*2);
运用同样处理方法可获得测点1水平切向、垂向及其他测点各方向不同阶段爆破最大振速、主振频率及最大振速出现时刻，见表2。
图3 测点1水平切向爆破三个阶段时程速度图
注：“水平径向”为沿测点至振源方向；“水平切向”为垂直于测点至振源方向；“垂直向”为垂直水平面方向。
3 讨论
（1）测点1、2、3、4位于民用一般房屋处，各测点处所测得的水平径向最大振动速度为1.413cm/s，水平切向最大振动速度为1.095cm/s，垂直向最大振动速度为1.173cm/s，远低于一般房屋的安全允许振速值1.5~2.0cm/s，说明爆破及冷却塔倒地产生的振动对周围民房没有影响。测点5所测得的水平径向最大振动速度为0.805cm/s，水平切向最大振动速度为1.666cm/s，垂直向最大振动速度为1.537cm/s，远低于工业建筑的安全允许振速值2.0~2.5cm/s，说明本次爆破及冷却塔倒地产生的振动对工业建筑没有影响[10]。
（2）振动波形图（图2）显示，爆破振动由三个阶段组成：第一阶段炸药爆炸引起的振动（0~2s）、第二阶段爆破缺口前沿触地引起的振动（2~6.5s）及第三阶段冷却塔主体触地引起的振动（6.5~10s）。除个测点4爆破缺口前沿触地引起的垂直振动频率（8.03Hz）大于炸药爆炸引起的振动频率，其他测点爆破缺口前沿触地引起的振动频率（3.03~5.46Hz）和冷却塔主体着地引起的振动频率（3.16~5.21Hz）整体小于炸药爆炸引起的振动频率（5.18~6.90Hz）（图4）。
4 结论
运用Matlab分析可大批量分析爆破测试数据，获得冷却塔拆除爆破地震效应特点，得出如下结论，对类似拆除爆破振动效应分析及其安全防护具有一定参考意义。
1）爆破振动由三部分组成：第一阶段炸药爆炸引起的振动、第二阶段爆破缺口前沿触地引起的振动及第三阶段冷却塔主体触地引起的振动。炸药爆炸引起的振动频率整体上大于爆破缺口前沿触地引起的振动频率和冷却塔主体着地引起的振动频率。
2）各测点处所测得的最大振动速度均在国标允许值范围内，说明本次定向爆破作业，产生的爆破振动对周围民房及工业建筑没有产生危害。
参考文献
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论文作者:汤勇1,2,杨钢1,2,郑水明1,2,孔宇阳1,2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/18
标签：冷却塔论文; 速度论文; 频率论文; 水平论文; 炸药论文; 阶段论文; 缺口论文; 《基层建设》2017年第18期论文;