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1、高大烟囱塌落振动速度与地面刚度关系分析李召杰 佘娇 黄海林 王世扣指导老师:姚金阶（三峡大学水利与环境学院，湖北，宜昌 443002）摘要：就计算高大烟囱爆破拆除时的塌落振动速度，在以往所提出的塌落振动速度计算公式的基础上，运用地面刚度K与地面振动速度Vt之间的关系，推导得出K与公式中衰减参数kt的比例关系，并结合实测数据推导出关系中计算参数K0的值，从而使计算的预测值更加精准。关键词：高大烟囱 塌落振动 振动速度 地面刚度 Analysis of the relationship between tall chimney collapse vibration velocity and the
2、 stiffness of the ground Three Gorges University, Institute of Water and EnvironmentLi Zhaojie She Jiao Huang Hailin Wang shikouInstructor Yao Jinjie Abstract Demolition of tall chimneys on the calculation of collapse when the vibration velocity, in the past, the collapse velocity proposed formula,
3、based on the use of ground stiffness K and the ground vibration velocity Vt relationship between K and the formula deduced attenuation the ratio between parameters kt, and the actual data and calculation parameters are derived relationships K0 value, so that a more accurate calculation of predictive
4、 value.Key words Tall chimney, Collapse vibration, Vibration velocity,Ground stiffness1，前言现今，建筑物爆破拆除塌落撞击地面造成的振动随着高大建筑物拆除工程的增多已引起人们的广泛关注和重视。拆除爆破工程实践表明，建筑物拆除时塌落振动往往比爆破振动大【1】。他们认为建筑物爆破拆除塌落造成地面的振动：下落冲击地面造成构件和地面破坏转变成破坏能；剩余能量在地面传播造成了周围地面的振动。地面的振动波形和能量不是单一脉冲波动的结果，因此以冲量表述塌落振动是不准确的。显然塌落造成的地面振动的大小与具有的重力势能相关，即
5、与下落构件的质量和所在的高度有关，随传播的距离增加衰减。根据实测数据分析和整理，作者将塌落振动速度公式改写成： = (/)1 3)塌落振动速度公式中，Vt塌落引起的地面振动速度（cm/s），M 下落构件的质量（t），g重力加速度（m/s2），H构件的高度（m），地面介质的破坏强度（Mpa），一般取10Mpa，R观测点至冲击地面中心的距离（m）。作者5、6根据数座高烟囱爆破拆除实测数据整理分析，不同数据组给出公式中的衰减参数K3.374.09，-1.66-1.8。1由上述我们可以得知剩余能量在地面传播造成了周围地面的振动，即为地面的振动是以能量的形式在地面传播。然而能量在传播的过程中又会不断的衰
6、减，这是因为能量在传播的过程中有一部分的能量被地面吸收传入地里再者就是能量在地面的传播过程中相邻单元体之间能量的传递有效率。而这种能量被吸收的形式与地面的弹性模量E0有关，弹性模量E0的大小决定了能量的回弹量的大小即经过衰减过后的剩余能量的大小，即有弹性模量E0越大能量传递的有效率就越大。当剩余的能量越大的时候则振动的传播速度Vt的损失就越小，即速度的衰减就越小。速度的衰减越大则速度的衰减系数就越小，即衰减系数Kt与地基弹性模量E0成反比例关系。引文2，地基刚度K的公式如下： =0(1 2)由此我们可以知道地面刚度K与弹性模量E0的关系成正比，即地面刚度K是随着弹性模量E0的增大而增大。又有衰
7、减系数Kt与地基弹性模量E0成反比例关系，可以推出衰减系数Kt与地基刚度的观系可以用一种反比例关系来描述。即为地基刚度越大衰减系数就越小，反之则越大。经过数据整合得出衰减参数的表达式为,即塌落振动速度公式为： = (0) = (0)(/)1 3)公式中，Vt塌落引起的地面振动速度（cm/s），M 下落构件的质量（t），g重力加速度（m/s2），H构件的高度（m），地面介质的破坏强度（Mpa），一般取10Mpa，R观测点至冲击地面中心的距离（m）。K为根据实际爆破工程所对应的地面刚度取值，K0为一个计算参数取值约为4.1512.2，地面刚度分析：引文2，地基刚度K的公式如下： =0(1 2) W
8、为刚度有关的系数；D为承载板的直径或边长； 为泊松比；P为均布荷载；K为地基刚度；E0为土的压缩模量。根据地基压缩模量E0的大小，将地面刚度分为三类：软，中软，硬。下表为具体的分类标准；类别E0/MpaK1/Mpa. 1软24.8中软512.0硬1228.8 3,数据处理引用实测数据,运用公式计算出实际地面振动速度衰减系数K的 = (/)1 3)值，再以振中距R为横坐标衰减系数K为纵坐标绘制对数坐标，从而得出三组数据对应的地面刚度K的大小关系。运用地面刚度分类标准计算加上对应的实测数据计算出常数参量K0的值。数据组:引文3 重力加速度g10m/s2 -1.73 =10MpaH=79m m=24
9、70tR/mVt/cm/ 1Kt 430.4690.2795 470.4070.2829 570.4260.4134 620.3840.4310数据组 引文4 H=100m m=1262.85tR/mVt/cm/ 1Kt 32.00.2290.10586 39.60.2200.14610 57.50.1010.12787 77.20.0900.18969数据组 引文1 重力加速度g9.8m/s2 -1.66 =10MpaH=30m m=6000t将以上三组数据组中的K值与R值绘制如下图所示的对数坐标图：R/mVt/cm/ 1Kt990.2440.6271030.2980.818116.50.2
10、760.9271600.1881.07210.1速 度 衰 减 系 数振中距 R图中所用的符号:表示为数据组的数据点；表示为数据组的数据点；表示为数据组的数据点。由上图对数坐标所示可得出；这三组数据中的实际地面刚度的大小关系为.由此我们再根据上述地面刚度的划分标准将以上三组数据划分为以下对应的类型；组号类别软中软硬将上述三组数据组中的数据与地面刚度的划分值相结合，并结合衰减系数表达式，计算并确定参数K0的值； = (0)0 = 数据组Kt0 0.27953.354 0.28293.3948 0.41344.9608 0.43105.172数据组Kt0 0.105863.048768 0.146
11、104.207680 0.127873.682656 0.189525.463072数据组Kt0 0.6273.0096 0.8183.9264 0.9274.4496 1.0825.1456由以上三组数据中的K0值取平均值：0 =0+ 0+ 0 3经计算得K00.4512将得到的K0值带入到公式中并验证其精确性；对温州中银大厦爆破拆除的数据进行分析：运用新公式计算得出距离大厦爆破塌落中心116.5m处的中建五局工地的振动速度为0.256cm/s,实测值为0.276cm/s，比原有计算预测值0.337cm/s更加的精确。4.结论1）通过地基弹性模量E0与衰减系数Kt的关系分析，再结合地基弹性模
12、量E0与地基刚度K的关系得出：地基刚度K与衰减系数Kt的关系成反比例。2）经过数据整合最终得到Kt与K的表达式： = (0)3）结合实测数据分析得出计算参数K0的值约等于4.1512，并返回实测数据中计算出振动速度Vt的值并与原有计算值比对，结果表明运用K0所计算出的值更接近实测值即比原有数据更加精准。参考文献：1 周家汉 爆破拆除塌落振动速度计算公式的讨论 中国科学院力学研究所，20082 宫全美，张达石 高速铁路地基刚度的合理取值范围 上海；同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室，20043 王迪安 79m高大烟囱拆除爆破振动与塌落触地振动对比分析 深圳市恒安振动测试技术开发有限公司，20064 ， 沈立晋1王旭光2于亚伦1杨小林3张英才3100m高烟囱拆除爆破冲击振动测试与分析 1.北京科技大学；2.北京矿冶研究总院；3.焦作工学院 5 周家汉 金保堂 陈善良 高烟囱拆除爆破及塌落振动测量与分析 工程爆破文集第七辑，新疆青少年出版社，2001 p707-7126 于亚伦主编工程爆破理论与技术 全国工程爆破作业人员统一培训教材 冶金工业出版社，2004 p323-358
