近日，江汉大学精细爆破全国重点实验室科研团队在高层建筑爆破拆除振动研究方面取得重要进展。相关成果以“Decomposition and separation of vibration waves from blasting demolition of tall buildings and their component characteristics”为题，发表于国际知名期刊《Nature Communications》（IF: 18.1 ，中科院分区: 1区top ， JCR: Q1）。江汉大学为论文第一署名单位，姚颖康教授为论文第一作者兼通讯作者，谢先启院士、贾永胜教授、孙金山教授和我校2025届硕士研究生康怡泽为论文共同作者。
爆破方式是高大建筑物拆除不可或缺的重要技术手段，但爆破拆除作业诱发的地面振动可能对邻近建筑及地下设施造成不利影响。此类振动主要包括炸药爆轰产生的爆破振动和结构失稳倒塌触地冲击产生的塌落振动，两者在振源机制、波型组成和传播衰减特征方面存在差异，也不同于隧道爆破振动。为更准确地认识其传播与演化特征，有必要区分爆破振动与塌落振动，并进一步分析纵波（P波）、剪切波（S波）和瑞利波（R波）等主要波型的相对贡献。
传统爆破振动评价通常以峰值质点振动速度（PPV）和频率为主要依据，但此类指标无法揭示不同波型在传播过程中的演化规律及主导波型转换。对于复杂环境下的高大建筑爆破拆除工程，若未能有效区分爆破振动与塌落振动，便难以准确识别不同振动源的振动特征，进而制约了爆破振动作用下周边建筑及地下设施的定量化安全评估与精细化振动控制。
针对上述问题，研究团队构建了基于三维偏振状态的振动波分量表征方法。该方法以地表三分量振动速度记录为基础，经信号处理与积分重建三维质点运动轨迹，并综合分析偏振椭球参数、主偏振方向和分量相位差等特征；结合起爆时序及结构塌落影像，对爆破振动与塌落振动进行时域划分，并识别其中由纵波、剪切波和瑞利波主导的时间窗。在此基础上，研究进一步提出归一化优势因子，用于定量表征不同波型的相对主导程度及其随传播距离的转换规律。
论文图4 偏振分析方法及爆破拆除振动波分量解构机制示意图
研究结果表明，爆破振动与塌落振动的主导波型及其演化规律存在显著差异。爆破阶段的主导波型总体呈现由纵波向剪切波转变的特征，并具有明显的方向依赖性。竖向响应中剪切波较早占据主导地位，而横向响应中纵波的主导作用范围相对更大。瑞利波虽随传播过程逐步发展，但在炸药爆炸作用阶段尚未形成明显的主导区间。塌落阶段则表现出显著的方向差异，竖向近场由瑞利波主导，随传播距离增加逐渐转变为剪切波主导，横向响应在实测范围内始终以剪切波为主。
论文图6 塌落阶段振动波分量及偏振分析结果
进一步的偏振特征分析表明，塌落阶段的地表振动波场以剪切波和瑞利波为主要成分。其中，剪切波质点运动以准线性偏振为主，瑞利波则表现出更明显的椭圆偏振特征。随传播距离增加，竖向振动由瑞利波主导逐渐转变为剪切波主导，而横向振动在实测范围内始终由剪切波主导，表明塌落振动波场具有显著的方向非对称性。
该研究成果将推动高大建筑爆破拆除振动评估由传统的“速度-频率”经验评价范式向“波分量识别与控制”范式转变，阐明了爆破振动和塌落振动中纵波、剪切波和瑞利波的传播演化规律，可以为复杂环境下高大建筑爆破拆除振动效应的定量化评估与精细化控制提供理论依据和支撑。
论文得到国家自然科学基金项目“高层楼房定向倾倒爆破拆除塌落体触地振动生成与传播机制研究”（52478525）和湖北省中央引导地方科技发展专项“建（构）筑物爆破拆除全过程多尺度数值仿真关键技术与系统开发”（2025CSA014）等项目资助。
论文信息
期刊：《Nature Communications》（IF：18.1；2025年中科院一区TOP；JCR Q1）
Title: Decomposition and separation of vibration waves from blasting demolition of tall buildings and their component characteristics
作者：姚颖康、康怡泽、贾永胜、孙金山、谢先启
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76458-8
