长期以来,为了使爆破振动得到有效控制,国内外爆破工作者对爆破地震波的传播规律及其爆破振动的安全控制标准进行了大量的研究工作,取得了一定成果,很好的推动了爆破技术的发展。但是,随着爆破规模的扩大和爆破技术的广泛应用,工作环境越来越复杂,潜在的危害增多。因此,对爆破振动效应的预测及其控制提出了更高的要求。
1.2 地震波
地震波是指在地球内部传递的波。一般而言,地震波是由地震产生的,然而其它自然活动也能产生地震波。地震波也可以由认为活动产生,例如爆炸。对于地球内部构造的了解,地震波扮演了一个不可缺的角色,图1-1为地震波在地球内部的传递方式。
图1-1 地震波在地球内部的部分传递方式
1.2.1地震波的产生
根据弹性回跳理论,造成地震的原因是地层断裂。地层断裂时,两侧岩体相对移动,累积能量并释放。释放出的能量分为两部分,一部分克服摩擦做功,转化成热能,另一部分能量则变成岩体的动能,使岩体快速运动,形成弹性波,释放到地壳中。岩体快速移动产生的推力形成压缩波,即P波。另一种波叫S波,是由相对位移产生的剪切力生成的。
由斯涅尔定律得知,波在穿过介质时,会发生折射、反射(在特别条件下会发生全反射)并且偏向低速介质的法线。当地震波由地壳内往近地表的风化层传递时,由于波速降低,造成地震波折射时容易进入近地表。这种现象在地震波来源靠近地表时,会更加明显。而地震波进入近地表的低速层之后,只要产生全反射,震波便会被局限在低速层中,形成陷波(Trapped Wave)。不同的陷波会互相干涉,造成地层共振并形成驻波(Standing Wave)在地表传递,也就是表面波。
1.2.2 地震波的分类
地震波主要分为两种,一种是实体波,它能在地球内部传播;一种是表面波,只能在地球表面传播,如图1-2。
1. 实体波(Body Wave):在地球内部传递,又分成P波和S波两种。
P波:P代表主要(Primary)或压缩(Pressure),为一种纵波,与粒子振动方向和波前进方平行,在所有地震波中,前进速度最快,也最早抵达。P波能在固体、液体或气体中传递。
S波:S意指次要(Secondary)或剪力(Shear),前进速度仅次于P波,粒子振动方向垂直于波的前进方向,是一种横波。S波只能在固体中传递,无法穿过液态地核。
利用P波和S波的传递速度不同,利用两者之间的走时差,可作简单的地震定位。
2. 表面波(Surface Wave):浅源地震所引起的表面波最明显。表面波有低频率、高震幅和具频散(Dispersion)的特性,只在近地表传递,是最有威力的地震波。
乐甫波(Love Wave):粒子振动方向和波前进方向垂直,但振动只发生在水平方向上,没有垂直分量,类似于S波,差别是侧向震动振幅会随深度增加而减少。
瑞利波(Rayleigh wave):又称为地滚波,粒子运动方式类似海浪,在垂直面上,粒子呈逆时针椭圆形振动,震动振幅一样会随深度增加而减少。