第三課時 爆破振動測試

1、1 了解和掌握爆破地震波的特征、傳播規(guī)律以及對建筑物的影響、破壞機理等，以防止和減少對建筑物的破壞，達(dá)到最有效地控制爆破地震波危害的目的。 首先要利用經(jīng)驗公式初步估算爆破振動強度，然后參照目前常用的爆破破壞判據(jù)，判斷爆破振動效應(yīng)的大小。一般都要先進(jìn)行小規(guī)模的爆破試驗，通過實地測試爆破振動強度的資料，求得符合該爆破條件下的K、值，再用來作為進(jìn)行爆破設(shè)計的參數(shù)。 23四川拓普公司成立之初，即與工程爆破領(lǐng)域的專家合作，致力于工程爆破測振儀器的研發(fā)。為了滿足三峽工程開挖爆破振動監(jiān)測工程的需要，受長江水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計研究院委托，于1996年推出國內(nèi)第一臺便攜存儲式爆破測振儀TOPBOX-508?！?/p>

2、拓普測控”現(xiàn)已發(fā)展成為國內(nèi)生產(chǎn)爆破測振儀歷史最長、規(guī)模最大的廠家，也成為工程爆破振動監(jiān)測領(lǐng)域的國內(nèi)第一品牌！45WIFI無線操控?zé)o線操控內(nèi)置WIFI功能智能手機無線操作：參數(shù)設(shè)置、啟動停止、數(shù)據(jù)讀取、顯示波形智能爆破測振儀智能爆破測振儀NUBOX-6016爆破振動爆破振動測量儀器測量儀器1 1 測測振傳感器（拾振器）振傳感器（拾振器） 測振傳感器種類繁多，使用最為廣泛的是磁電式速度傳感器和壓電式加速度計。都屬于慣性式（絕對式）測振儀，用來測量地面或振動體與大地之間的絕對振動。 (1)(1)慣性式傳感器的力學(xué)原理慣性式傳感器的力學(xué)原理 慣性質(zhì)量塊M用一彈簧和阻尼器掛在傳感器的外殼上，組成一個“質(zhì)

3、量-彈簧-阻尼”單自由度彈性系統(tǒng)。儀器外殼固定在振動體上，當(dāng)振動體振動時，傳感器外殼隨著振動，從而激勵“質(zhì)量-彈簧-阻尼”系統(tǒng)振動。慣性式傳感器構(gòu)造示意圖6 根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論，單自由度彈性系統(tǒng)由于基礎(chǔ)位移引起強迫振動時，質(zhì)量M的運動微分方程為： 假定振動體作簡諧振動，即 由上兩式可得0)()()()(tKytyCtxtyM txtxsin)(0tMxtKytyCtyMsin)()()(20 此二階線性微分方程的解包括齊次方程的通解和非齊次方程的特解兩部分，通解代表系統(tǒng)的自由振動，通解代表系統(tǒng)的自由振動，特解為強迫振動。特解為強迫振動。由于系統(tǒng)具有阻尼，自由振動項在阻尼的作用下很快消失，可忽略

4、不計，故只考慮代表穩(wěn)態(tài)振動的強迫振動。其解為：)sin()(0tyty7 上式也就是傳感器的響應(yīng)方程。式中式中為振動圓頻率； 為傳感器“質(zhì)量-彈簧-阻尼”系統(tǒng)的固有圓頻率；為臨界阻尼比。 由上式可知，慣性式傳感器輸出與輸入的運動規(guī)律是相同的，均為簡諧運動，只相差一個相位角。所以，采用慣性式傳感器能夠如實地反映振動體的振動信號。但是，傳感器輸出y所表示的振動物理量與頻率比 和阻尼比有關(guān)，它可以是位移、速度和加速度。MKnn8當(dāng)拾振器置于振動體上并隨著一起振動時，擺錘由于慣性處于靜止?fàn)顟B(tài)，線圈和磁鋼產(chǎn)生相對運動，線圈切割磁力線，于是在線圈兩端產(chǎn)生與振動速度成正比的感應(yīng)電勢，通過輸出端即可測得振動速

5、度。 由于65型拾振器的固有頻率低、靈敏度高，可用來測量低頻、微幅的振動。用一臺拾振器可分別測量垂直和水平方向振動。 (2)磁電式速度傳感器 常用的磁電式速度傳感器屬于慣性式測振儀，工作原理是相同的，都是基于電磁感應(yīng)的原理，把振動體的振動速度轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電動勢。9 701型拾振器也是慣性擺式速度傳感器，它的結(jié)構(gòu)、工作原理與65型拾振器基本一樣。在儀器內(nèi)部裝有積分電路，因此，它不僅可測量振動速度，也可測量振動位移。它可測量微振，也可測量低頻大位移。701型拾振器有701-S型和701-Z型，分別測量水平和垂直方向振動。還具有體積小、重量輕、攜帶方便的優(yōu)點。10壓電式加速度計示意圖 1-殼體，2-硬

6、彈簧，3-質(zhì)量塊，4-輸出端，5-壓電晶體片，6-基座 （3）壓電式加速度計 慣性質(zhì)量塊放在壓電晶體上，并用硬彈簧施加一定的預(yù)應(yīng)力，可減少晶體受壓力時引起的非線性誤差，提高測量精度。壓電晶體片為一彈性體，其有一定剛度，可視為彈簧，它與硬彈簧串聯(lián)，構(gòu)成一個彈簧常數(shù)為瓦的彈K簧，系統(tǒng)阻尼用C表示，這就構(gòu)成了單自由度系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的彈簧常數(shù)K很 大，而質(zhì)量塊M很小，所以系統(tǒng)的固有頻率 也就很大。完全滿足n的條件。質(zhì)量塊相對于外殼的位移與振動體的振動加速度成正比，即 。 txYn 2111 當(dāng)被測物體振動時，加速度計“質(zhì)量彈簧系統(tǒng)”的質(zhì)量塊由于受到慣性力作用，作用在壓電晶體片上的振動壓力為 根據(jù)壓電晶

7、體的“壓電效應(yīng)”，當(dāng)壓電晶體片承受壓力作用時，壓晶體表面上產(chǎn)生電荷QDF，將上式代入，則得 若用輸出電壓表示則為 由上式可知：壓電式加速度計的輸出電荷或輸出電壓與被測物體的振動加速度成正比。 12 壓電式加速度計的主要性能及特性壓電式加速度計的主要性能及特性 (1)(1)安裝諧振頻率安裝諧振頻率。加速度計安裝在被測物體上，加速度基座與被測物體連成一個整體。在這種情況下加速度計中的“質(zhì)量彈簧質(zhì)量彈簧”系統(tǒng)的固有頻率就稱為系統(tǒng)的固有頻率就稱為安裝諧振頻率，它比加速度計自身的諧振頻率低安裝諧振頻率，它比加速度計自身的諧振頻率低。加速度計的工作頰率上限受到安裝諧振頻率的限制。 (2)(2)靈敏度。靈敏

8、度。壓電式加速度計的靈敏度有兩種表示方法：電荷靈敏度和電壓靈敏度，其物理意義是加速度計在單位加速度下的電荷輸出量或電壓輸出量。 13 (3)(3)橫向靈敏度。橫向靈敏度。所謂橫向靈敏度是指加速度計橫向運動響應(yīng)的靈敏度。橫向靈敏度一般是主軸方向靈敏橫向靈敏度一般是主軸方向靈敏度的度的l%l%5%5%之間。之間。橫向靈敏度的存在除與壓電材料的不均勻性、切片加工時的精度等因素有關(guān)外，還與使用時的安裝質(zhì)量有關(guān)。如安裝方向與主軸方向傾斜、安裝底座不平整、安裝扭矩過大等，可能會使橫向靈敏度由34增加到1520%。 (4)(4)頻率響應(yīng)。頻率響應(yīng)。上限取決于傳感器的安裝諧振頻率，可低于諧振頻率的5%10%，

9、壓電式加速度計的諧振頻率一般都在1OkHz以上。下限主要受測量儀器低頻響應(yīng)的限制，采用電荷放大器，頻率下限可達(dá)0.3Hz，甚至達(dá)到0.003Hz。 14 (5)(5)加速度計的動態(tài)范圍。加速度計的動態(tài)范圍。是指加速度計可測的加速度范圍。加速度計的動態(tài)范圍下限取決于測量儀器加速度計的動態(tài)范圍下限取決于測量儀器的輸出噪聲水平，而上限取決于加速度計內(nèi)壓電晶體的輸出噪聲水平，而上限取決于加速度計內(nèi)壓電晶體所承受的最大壓力或最大非線性度。所承受的最大壓力或最大非線性度。 因此，每種型號加速度計的動態(tài)范圍上限是不同的，如國產(chǎn)的YDl型加速度計最大可測加速度為2OOm/s2，YD15型壓電式加速度計為8OO

10、OOm/s2, YD-13型卻只為1Om/s2. 除以上主要特性外，還有加速度底座應(yīng)變效應(yīng)，溫度靈敏度，磁場靈敏度和聲場靈敏度等特性，對測試結(jié)果都有一定的影響。152 2測振放大器測振放大器 由測振傳感器輸出的電信號一般很微弱，需要放大后才能供顯示和記錄。測振放大器就是將微弱的電信號進(jìn)行放大的裝置。一般測振放大器中還裝置有微積分電路、濾波電路等。所以，它不僅對信號有放大作用，還有對信號進(jìn)行微分、積分和濾波的功能。 測振放大器也與常用的磁電式速度傳感器和電壓式加速度計相配。 (1)(1)磁電式速度傳感器中的放大器磁電式速度傳感器中的放大器 一般有幾個通道，可同時放大多路信號，內(nèi)設(shè)置有微積分網(wǎng)絡(luò)，

11、包括一個微分電路和兩個積分電路，它可直接與磁電式速度傳感器配套使用，用來測量速度、加用來測量速度、加速度和不同頻率范圍的位移。速度和不同頻率范圍的位移。16 頻率響應(yīng)：21OOOOHz（5%）； 電壓測量范圍：O1OmV31.6V分八擋； 精度：測量誤差不大于各量程滿刻度的土4.0%； 電流輸出：最大4mA（交流）； 電壓輸出：最大4V（有效值）； 振動測量范圍：取決于連接的傳感器； 系統(tǒng)誤差：不大于士10； 使用溫度：-100土40 0C； 重量：不大于1Okg。 17 壓電式加速度計具有高輸出阻抗的特性。相連放大器輸入阻抗的大小將對測試系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重大影響。一般的測振放大器的輸入阻抗低。

12、因此，在測試系統(tǒng)中必須設(shè)置高輸入阻抗的前置放大器。 目前，前置放大器有兩種：前置電壓放大器和電荷放大器。 183測振記錄設(shè)備 記錄儀的基本作用是記錄和顯示被測振動物理量隨時間變化的曲線，以便進(jìn)行分析、處理。因此，要求記錄設(shè)備能完全真實地記錄、存貯所測量的振動信號，以確保分析結(jié)果的可靠和精確度。4測振系統(tǒng)的標(biāo)定 爆破振動測試系統(tǒng)中各種儀器、設(shè)備的性能參數(shù)對測試結(jié)果的可靠性及精度都具有很重要的意義。在儀器出廠前，生產(chǎn)廠家對各種儀器的性能指標(biāo)參數(shù)都進(jìn)行了校準(zhǔn)測試。但用戶在使用中為確保振動測試的質(zhì)量，往往需要對測振儀器的主要性能參數(shù)進(jìn)行定期標(biāo)定和檢驗。19 測振儀器的標(biāo)定可分為分部標(biāo)定和系統(tǒng)標(biāo)定。 分

13、別對測振傳感器、放大器、記錄儀進(jìn)行各種功能參數(shù)的標(biāo)定。 將傳感器、放大器和記錄儀組成的測試系統(tǒng)進(jìn)行全系統(tǒng)的連機標(biāo)定，以得到輸入量與記錄量之間的定量關(guān)系。 在爆破振動測試中，常采用的是測試系統(tǒng)的標(biāo)定。常用的標(biāo)定方法是在標(biāo)準(zhǔn)振動臺上進(jìn)行。 測試系統(tǒng)標(biāo)定的主要內(nèi)容有頻率響應(yīng)、靈敏度和線性度等。 20L20L20型智能爆破測振儀M20M20型智能爆破測振儀212.1 2.1 傳感器帶字面必須向上222.2 保持水平放置確定水平時，水平泡盡可能處于中心位置23如是地下爆破施工，監(jiān)測垂直向上的建構(gòu)物影響情況時，只關(guān)注的是Z軸的振動，所以無需X軸對著爆破中心2.3 X X方向?qū)?zhǔn)爆破中心24剛性接觸的標(biāo)準(zhǔn)是

14、和接觸面粘結(jié)為一體2.4 與基巖剛性接觸保證傳感器與被測物之間的剛性粘結(jié)就是傳感器與被測物體是一個整體25粘結(jié)劑： a) 生石膏粉 b) 灰漿 c) 502膠水3.1 混凝土（巖面）安裝建議使用生石膏粉，凝固時間短，粘結(jié)性符合剛性接觸，監(jiān)測完成后易清理傳感器26泥地打鋼釬制作安裝面，在安裝面上進(jìn)行安裝在現(xiàn)場操作繁瑣，建議采用填埋方式進(jìn)行安裝3.2 軟土層地面安裝 泥地打鋼釬制作安裝面，進(jìn)行安裝， 也可選擇填埋的方式進(jìn)行安裝27側(cè)壁和頂拱安裝需使用的夾具一般要單獨購買。3.3 頂拱和側(cè)壁安裝28監(jiān)測目的直接決定監(jiān)測點選擇，請用戶務(wù)必明確其目的性保護監(jiān)測目的爆破安全距離民擾爆破施工時業(yè)主需要爆破監(jiān)

15、測時保護建筑物時第三方監(jiān)測時優(yōu)化爆破參數(shù)時提供爆破施工效率時新爆區(qū)爆破施工時 監(jiān)測點選擇監(jiān)測點選擇292.1 保護監(jiān)測為目的選點爆源ACDB最近原則： 選取最近的（構(gòu)）建筑物，如圖則應(yīng)選擇B建筑物布點30爆源磚磚混混磚磚混混最弱弱原則： 如圖應(yīng)選擇土坯布點土土坯坯磚磚混混“強弱”描述的是建構(gòu)物的抗震能力，以爆破安全規(guī)程規(guī)定不同建構(gòu)物最大允許值為標(biāo)準(zhǔn)31爆源民民房房重點原則： 如圖則應(yīng)選擇核電站布點核核電電站站“重點”描述的為建筑物重視程度，或糾紛的集中點民民房房民民房房32爆源等距原則： 布置A - B C - D“重點”描述的為建筑物重視程度，或糾紛的集中點保保護護物物保保護護物物保保護護物

16、物保保護護物物保保護護物物保保護護物物ABCD33布點方案一：1-2-3-4-52.2 爆破安全距離判定選點爆源AECDB12534布點方案二：A-B-C-D-E直線原則直線原則選擇監(jiān)測點時，遵循同一直線上布點34近爆破中心集中布點，方便線性回歸對數(shù)原則對數(shù)原則同一監(jiān)測線上，布點距離遵循對數(shù)原則監(jiān)測點監(jiān)測點爆破距離爆破距離A10mB20mC40mD80m35爆破振動測試若干技術(shù)問題1測點布置 在爆破振動測試工作中，測點布置占有極其重要的地位，直接影響爆破振動測試的效果及觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值，測點數(shù)目過少，觀測數(shù)據(jù)不足以說明問題，或使描述的現(xiàn)象精度很低；測點數(shù)目過多，所需儀器數(shù)量及測試工作量較大。

17、如果測點布置不當(dāng)，即使測點數(shù)目很多，但那些布置不合理的測點的觀測數(shù)據(jù)也無應(yīng)用價值。確定測點數(shù)目及測點位置主要是根據(jù)測試的目的和現(xiàn)場條件等因素。一般應(yīng)考慮以下幾點。 36 （1）為了深入研究建筑物的地震效應(yīng)和確定建筑物安全的范圍或制定爆震危險區(qū)域，。以便測定爆破地震強烈的區(qū)域以及地面震動強度隨爆心距變化的規(guī)律。 （2）為了研究建筑物的動力響應(yīng)，并在建筑物上具有代表性的位置布置測點，測定建筑物地面震動參數(shù)及結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)參數(shù)，以便對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗算或?qū)M建工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計。 37 （3）為了研究在爆區(qū)內(nèi)選擇建設(shè)場地，就需要在一定范圍內(nèi)，在特定的地形地質(zhì)條件下，測定爆破地震波的衰減規(guī)律。測點數(shù)目

18、要足夠多，一般在一條測線上測點數(shù)目不少于6個。另外，在不同的地貌、地質(zhì)條件下也應(yīng)布置測點，以使了解這些條件對爆破震動效應(yīng)的影響。 （4）為避免試驗數(shù)據(jù)密集在某一區(qū)域內(nèi)，相鄰測點比例距離倒數(shù)的對數(shù)值之差最好選為常數(shù)。 382爆破振動測試儀器的正確選擇 (1)儀器的頻率響應(yīng) (2)動態(tài)范圍 (3)系統(tǒng)標(biāo)定3傳感器的安裝與防護 (1)地震波測試 若測點表面為堅硬巖石，可直接在巖石表面修整一平臺。若巖石鳳化，則可將風(fēng)化層清除，再澆筑一混凝土墩。測點表面為土質(zhì)時，一般將表面松土夯實，鋪以砂或碎石，再澆筑混凝土墩，然后再將傳感器固定在平臺或混凝土墩子上。 39 (2)結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)測試 結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)測試中，應(yīng)變測量采用應(yīng)變計直接粘貼在構(gòu)件測點處；加速度、位移響應(yīng)采用相應(yīng)的傳感器。傳感器與測點表面固定根據(jù)其體情況而定。 傳感器安裝時，應(yīng)注意定位方向，要使傳感器方位與所測量的振動方向一致，否則，會帶來誤差。注意傳感器防護。4測量導(dǎo)線問題 (1)測