本发明涉及爆破拆除振动特性模拟的物理实验装置，尤其涉及一种建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统及模拟方法。
背景技术：
1、破拆除因具有安全、高效、经济、环保等优点，已成为复杂环境下高大建筑物拆除的首选方式。高大建筑物爆破拆除过程中，不可避免地会产生振动、飞石、噪声和粉尘等有害效应，其中，结构爆破拆除过程中的爆破振动与塌落体的触地振动是爆破拆除最突出的有害效应。爆破拆除过程中产生的振动效应，会对爆源近区的房屋、地下管线、地铁隧道等重要保护目标造成不利影响。因此在拆除爆破设计阶段需要考虑邻近保护目标所处位置，结合爆破拆除在不同阶段产生的振动特性及结构的动态响应做出预测与校核，并制定相应的安全防护措施。
2、在现有的爆破拆除技术中，虽通过理论分析及数值模拟手段探讨高大建筑结构爆炸拆除过程中爆破振动与触地振动特性，但仍缺乏能够精准模拟高大建筑结构爆炸拆除过程中爆破振动与触地振动特性的试验方法及实验系统，限制了相关研究的深入。
3、因此，如何提供一种建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统，使其能够达到深入研究高大建筑结构爆破拆除过程中引起的爆破振动和触地振动相互作用机制及其振动特性的技术效果，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统，使其能够达到深入研究高大建筑结构爆破拆除过程中引起的爆破振动和触地振动相互作用机制及其振动特性的技术效果。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统，所述建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统包括：爆破振动生成模型，所述爆破振动生成模型包括爆破本体，所述爆破本体呈正方体结构，所述爆破本体内部开设有一炮孔，所述炮孔的封闭端埋设有炸药；加载试验装置，所述加载试验装置与所述爆破振动生成模型相对设置，所述加载试验装置包括小型桁架、定滑轮、主缆绳、连接钩、断开装置和绞车，所述小型桁架固定于所述水平地面，所述定滑轮固定于所述小型桁架顶端横杆的中心，所述绞车位于所述水平地面，所述主缆绳的一端与所述绞车连接，所述主缆绳的另一端穿过所述定滑轮与所述连接钩的一端可拆卸连接；所述主缆绳与所述定滑轮可滑动连接；所述断开装置位于所述连接钩上，以控制所述连接钩断开；塌落体触地振动生产模型，所述塌落体触地振动生产模型的连接端与所述连接钩的另一端可拆卸连接。
3、在第一方面中，所述爆破振动生产模型还包括电子雷管，所述电子雷管位于所述炮孔内，所述电子雷管与所述炸药连接。
4、在第一方面中，所述建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统还包括监控量测系统，所述监控量测系统包括：控制接收器；两个激光发射器，两个所述激光发射器对称设置在所述小型桁架的两个三角架上；两个光电接收装置，两个所述光电接收装置对称设置在所述小型桁架的两个三角架上，每一个所述光电接收装置位于每一个所述激光发射器的下方；其中，所述断开装置、所述绞车、所述电子雷管、每一个所述激光发射器、每一个所述光电接收装置分别与所述控制接收器连接。
5、在第一方面中，所述加载试验装置还包括：标尺，所述标尺位于所述小型桁架的一个三角架上，所述标尺的一端与所述水平地面接触，所述标尺垂直于所述水平地面。
6、在第一方面中，所述塌落体触地振动生产模型包括：塌落体本体，所述塌落体本体呈球体结构；应变片，所述应变片布设在所述塌落体本体表面，所述应变片位于所述塌落体本体的落地端；其中，所述塌落体本体的连接端与所述连接钩的另一端可拆卸连接；所述应变片与所述控制接收器连接。
7、在第一方面中，所述监控量测系统还包括：两个高速摄像机，两个所述高速摄像机分别与所述爆破振动生成模型、所述塌落体触地振动生产模型一一对应设置；两个所述高速摄像机分别与所述控制接收器连接。
8、在第一方面中，所述监控量测系统还包括：若干个第一监测组件，若干个所述第一监测组件布设在以所述塌落体本体位于所述水平地面的塌落点为圆心的水平圆面，若干个所述第一监测组件位于所述水平圆面的直径上，以所述塌落点为顶点分别沿着所述直径的两个方向呈阶梯增长间隔分布；若干组第二监测组件，若干组所述第二监测组件位于若干个所述第一监测组件正下方，若干组所述第二监测组件与若干个所述第一监测组件一一对应分布；其中，每一组所述第二监测组件包括若干个所述第二监测组件，若干个所述第二监测组件在垂直于所述水平地面方向向下均匀间隔设置，间隔距离为0.2m；每一个所述第一监测组件、每一个所述第二监测组件分别与所述控制接收器连接。
9、在第一方面中，所述第一监测组件包括第一加速度计、第一土压力计和第一土位移计，所述第一加速度计、所述第一土压力计和所述第一土位移计平行设置；所述第二监测组件包括第二加速度计、第二土压力计和第二土位移计，所述第二加速度计、所述第二土压力计和所述第二土位移计平行设置；所述第一加速度计、所述第一土压力计、所述第一土位移计、所述第二加速度计、所述第二土压力计和所述第二土位移计均与所述控制接收器连接。
10、本发明还提供了一种建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统的模拟方法，所述模拟方法用于上述的一种建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统的模拟，所述模拟方法包括：制备爆破振动生成模型：利用混凝土制备边长为100cm的正方体试块，在所述正方体试块的炮孔中填充炸药，连接电子雷管，并将电子雷管与控制接收器连接，堵塞炮孔，得到爆破振动生成模型；制备塌落体触地振动生成模型：利用混凝土浇筑得到直径为10cm～100cm的塌落体本体，在浇筑结束后连接连接钩并在所述塌落体本体布设应变片，得到塌落体触地振动生成模型；进行模拟试验：将所述塌落体触地振动生成模型安装在加载试验装置上，布设第一监测组件、第二监测组件和两个高速摄像机，完成建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统的安装，然后将所述塌落体触地振动生成模型升高到预定高度，通过所述控制接收器同时控制断开装置与电子雷管，使所述塌落体触地振动生成模型自由下落的同时所述爆破振动生成模型爆炸，通过所述控制接收器接收并记录监测数据，完成模拟试验。
11、在第一方面中，所述进行模拟试验的过程中，以所述炮孔直径、所述填充炸药量、所述塌落体本体质量和所述塌落体本体高度作为变量，通过控制单一变量的方式进行模拟试验。
12、有益效果：
13、本发明的一种建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统主要包括爆破振动生成模型、加载试验装置、塌落体触地振动生成模型和监控量测系统，爆破振动生成模型位于加载试验装置的前方，塌落体触地振动生成模型悬挂于加载试验装置上，爆破振动生成模型与塌落体触地振动生成模型的水平距离大于等于塌落体触地振动生成模型直径的10倍，通过监控量测系统分别控制爆破振动生成模型和加载试验装置；在爆破振动生成模型内部设置有炸药，以炸药作为爆炸源，使产生的爆炸应力波将爆破本体破坏后将通过土体介质传播，爆炸本体为混凝土试样，电子雷管与炸药连接，用于引爆炸药，为炸药的爆炸提供初始能量；塌落体触地振动生成模型为球体，通过挂钩将塌落体触地振动生成模型悬挂在加载试验装置的小型桁架顶部的横杆上，在挂钩上安装有断开装置，通过监控量测系统控制绞车使塌落体触地振动生成模型上升至预设高度，然后再通过监控量测系统同时控制电子雷管与断开装置，使塌落体触地振动生成模型自由下落的同时炸药爆炸，在这个过程中，爆破振动生成模型爆炸后先产生爆炸应力波，塌落体触地振动生成模型落地后产生触地振动波，二者共同作用被所述监控测量系统所监控，从而获得爆破振动与触地振动存在先后时间间隔的共同作用条件下土体表面的破坏形式、变形特征以及加速度、动土压力、动应力的动土响应特征参数；综上所述，本发明的一种建筑结构爆破拆除振动特性模拟实验系统克服了实际工程中触地振动效应难以预测的问题，可同时考虑不同振动特性、不同形态塌落体荷载、不同触地能量以及多种振动结合作用等因素，使对振动效应预测更符合实际爆破拆除环境下振动生成与传播特点，提高模拟实验的准确性和科学性；除此之外，还可在可控条件下，实现质点振动速度、动土压力、土体加速度与位移等动态响应数据的获取，为高大建筑结构爆破拆除方案与与安全防护设计提供理论依据和试验支撑，以及在科学地模拟高大建筑结构爆破拆除过程中，通过爆破振动与触地振动存在时间间隔时土体动态响应的定量观测，解决高大建筑结构爆破拆除过程中塌落体复杂振动作用下土体动态响应测试困难以及缺乏实验数据与试验支撑等问题，为高大建筑结构的爆破拆除安全与保护对象的安全防护设计提供理论基础与试验支撑。