爆炸的危害作用
爆炸时, 人类可利用其化学能转变成的机械功, 完成一些人工或机械不能或难以完 成的工作。爆炸的同时还将产生爆破地震波、空气冲击波、爆破噪音、个别飞石、爆破毒气 等危害作用, 这些危害作用亦称危害效应或负面效应。 它们对人员、 建筑物和设备所造成的 危害范围, 因爆破规模、 性质与周围环境的不同而异。如露天爆破时, 地震与飞石的影响范 围较大, 空气冲击波在加强抛掷时有显著作用, 而松动爆破则几乎没有影响。 爆破规模较大 时, 还要考虑爆破毒气的危害问题。 为了保证人员和设备的安全, 必须正确计算各项安全影 响范围, 以便采取相应措施。 对于建筑物与构筑物必须评价其安全程度。 对于重要目标必须 保证不受爆破地震、 空气冲击波和爆破飞石的破坏, 要严格进行安全校核, 必要时应减少一 次(或一段的爆破装药量或采取其它安全措施。扬州大学职前教育
1.1 爆破地震波
1.1.1 地震的有关概念
在地底下发生地震的地方,叫震源。地面上与震源相对处,叫震中。地震的大小,在地 震学上用震级和烈度来衡量。
1.1.1.1 震级
震级也称地震强度, 用以说明某次地震本身的大小。 它是直接根据地震释出来的能量大 小确定的。用一种特定类型的、放大率为 2800倍的地震仪,在距震中 100km 处,记录图上 量得最大振幅值 (以 1/1000mm 计 的普通对数值, 称为震级。 例如, 最大振幅为 0.001mm 时,震级为“ 0”级;最大振幅值为 1mm 时,震级为“ 3”级;最大振幅值为 1m 时,震级 为“ 6”级。
地震震级的能量究竟有多大?可用爆炸能量来说明。在坚硬岩石(如花岗岩中,用 2~3×106kg 爆炸,相当于一个 4级地震。一个 8级地震的功率大约相当于 100万人口 城市的发电厂在 20~30年内所发出电力的总和。 由此可见, 虽然地震仅仅发生于瞬时的变化, 但地震释放出来的能量却是巨大的。
1.1.1.2 烈度
牛津小学英语2a教案烈度是指某一地震在具体地点引起振动的强度标准,它标志着地震对当地的实际影响, 作为工程建筑抗震设计的依据。 烈度不是根据地震仪器测定的。 判断烈度大小是根据人们的 感觉、 家具及物品振动情况、房屋及建筑物受破坏的情况,以及地面出现的崩陷、 地裂等 现 象综合考虑确定的。 因此, 地震烈度只能是一种定性的相对数量概念, 且有一定的空间分布 关系。
必须强调指出, 地震震级与地震烈度是两个不同的概念, 不可混淆。 如把地震比作装药 爆炸, 那么,装药量就相当于地震震级, 而装药在爆炸时的破坏作用则是地震烈度。一个地 震只有一个震级, 但在不同地区可以有不同的烈度, 因为在一个地震区域内, 不同部位的破 坏程度是不同的。显然,震中区的烈度(叫震中烈度就比其他地方的大。所以震中烈度就 是最大烈度,用以表示该次地震的破坏程度。
龙门山大断裂1.1.2 爆破地震的概念
当装药在固体介质中爆炸时, 爆炸冲击波和应力波将其附近的介质粉碎、 破裂 (分别形 成压碎圈和破裂圈 ,当应力波通过破裂圈后,由于它的强度迅速衰减,再也不能引起岩石 的破裂而只能引起岩石质点产生弹性振动, 这种弹性振动是以弹性波的形式向外传播, 与天 然地震一样,也会造成地面的震动,这种弹性波就叫爆破地震波。
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爆破地震波由若干种波组成, 它是一种复杂的波系。 根据波传播的途径不同, 可分为体 积波和表面波两类。 体积波是在岩体内传播的弹性波, 它可以分为纵波 (P和横波 (S两种。 P 波的特点是周期短、振幅小和传播速度快; S 波的特点是周期较长,振幅较大,传播速度仅 次于 P 波。表面波又分为瑞利波 (R和勒夫波 (L。 R 波的特点是介质质点在垂直面上沿椭圆
轨迹作后退式运动,这点与 P 波相似。它的振幅和周期较大,频率较低,衰减较慢,传播 速度比 S 波稍慢; L 波的特点是质点仅在水平方向作剪切变形,这点与 S 波相似, L 波不经 常出现,只是在半无限介质上且至少覆盖有一层表面层时, L 波才会出现。各种应力波传播 过程中引起介质变形的示意图见图 1-1。
体积波特别是其中的 P 波能使岩石产生压缩和拉伸变形。它是爆破时造成岩石破裂的 主要原因。表面波特别是其中的 R 波,由于它的频率低、衰减慢、携带较多的能量,是造 成地震破坏的主要原因。
由爆破引起的振动,常常会造成爆源附近的地面以及地面上的一切物体产生颠簸和摇 晃, 凡是由爆破所引起的这种现象及其后果, 叫做爆破地震效应。 当爆破地震波的强度达到 一定程度时,可以造成爆区周围的地表或建(构筑物及设施的破坏。因此,为了研究爆破 地震效应的破坏规律, 出减小爆破地震强度的措施和确定出爆破地震的安全距离, 对爆破 地震效应进行系统的观测和研究是非常必要的。
1.1.3 爆破地震波引起地面质点振动参数的确定
爆破引起的振动是一个非常复杂的随机过程。 它的振幅、 周期和频率常常是随时间变化 的,即时间的函数。因此要计算出这些参数每一时刻的值是比较困难的。
为简化对此问题的研究, 可近似认为介质是均匀弹性体, 其质点作简谐运动。 而且对大 多数工程来说, 最感兴趣的是要出振动的最大幅值。 因此, 一般在爆破振动的波谱图上读 取振动的最大幅值,并按简谐运动来处理,这样既满足了工程的要求,也简化了计算。
众所周知, 质点作简谐运动时, 质点运动的力学状态可以用位移 X 、 速度 V 和加速度 a 来表示,它们的数学表达式为:
t A X ωsin = (1-1 图 1-1 应力波引起的介质变形
a 纵波 b 横波 c 勒夫波 d 瑞利波 e 瑞利波质点运动方向
2sin(π
ωω+==t A dt dX V (1-2 sin(222πωω+==t A dt
X d a (1-3 在确定爆破振动地面质点运动参数时,一般只选取爆破振动的最大幅值,因此得: A
X = (1-4 fA X V πω2== (1-5 A f X a 2224πω== (1-6
式中 X —时间为 t 时的质点振动位移, mm ;
管理幅度A —质点的最大振幅, mm ;
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