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随着国民经济的发展,人们对矿产资源、基础设施建设的需求日益增长,而爆破作为一种快速、经济、高效的开挖方式,被广泛应用于工程实践中。但是在露天矿山、城市地下空间爆破开挖的过程中,作为爆破有害效应之首的爆破振动是一个不可忽视的问题,并且爆破振动随高程差的增加出现高程效应。为此,探讨爆破地震波在传播过程中的高程效应机理及其衰减规律,在保障最终边坡、邻近建筑安全的基础上寻求经济合理的爆破开采技术具有重要的理论意义和现实工程价值。本文采用理论分析、模型试验、数值模拟、现场监测等方法,对台阶爆破振动高程效应展开研究。建立了台阶几何模型并分析振动波在台阶自由面的反射规律。浇筑了不同台阶高度及倾角的混凝土模型并研究了台阶高度、倾角、炸药量对高程效应的影响。搭建了台阶数值模型并分析单孔与多孔爆破的动力响应特征。进行了爆破振动现场监测与统计分析。提出了爆破振动爆前预测评价方法和安全药量计算方法,并在现场工程中进行了验证。论文取得的主要研究成果如下:(1)爆破振动高程效应实际是由爆破振动波在自由面的反射叠加引起的;同时,通过化简距爆源水平距离相等而垂直距离不等的测点位置的振速比值,结合萨道夫斯基公式,推导出适合预测台阶地形振速峰值的公式,进而提出了台阶正公式、台阶负公式的概念。(2)通过相似模型爆破试验得出,正、负高程台阶的存在,对爆破振动主要起衰减作用,在个别测点出现放大效应。①在正台阶,药量越大,放大效应越明显。台阶高度越高,台阶振速与平地振速比值最大值的测点位置距离爆源越远。坡度60°台阶更有助于高程放大效应;②在负台阶,离爆源最近的一个台阶对爆破振动衰减效应最明显,且台阶高度越大衰减越明显,随着台阶倾角减小,对振速的衰减作用逐渐减弱。(3)通过单孔、多孔爆破的数值模拟,揭示出爆破振动在台阶边坡上传播的过程中,有效应力最大值的测点与振速峰值最大值的测点不一定相同,即有效应力最大值与振速峰值并不是同步的。当延期时间为6ms时,爆破振动速度放大倍数最大。同时高程放大效应在正台阶更容易出现,而在负台阶出现的时刻更早一些。(4)通过对现场监测的振速拟合分析,得出台阶公式的相对误差为36.8%,台阶公式对爆破振动振速预测的误差低于萨道夫斯基公式(58.2%)。相对于正高程,负高程更有助于爆破振动的衰减。正高程在水平距离500-600m,垂直距离50-100m、负高程在水平距离100-150m,垂直距离60-80m的区域内放大效应明显。正高程的主振频率主要集中在5-15Hz,负高程的主振频率主要集中在10-20Hz,正高程更有助于对高频谐波的抑制和削弱。(5)基于正态分布函数,提出爆破振动爆前预测评价方法,可以定量地描述一次爆破对被保护目标的影响程度。同时根据目标设施的重要性,可采用概率算法求解得到最大单响药量。(6)采用上述研究获得的台阶公式、振动传播规律、振动爆前预测评价以及安全药量计算方法,对金欧露天煤矿改道与店张公路路堑爆破进行设计,爆破振动与房屋裂缝宽度监测结果表明:爆破对金欧露天煤矿办公楼以及店张公路附近居民房屋未造成损伤,证明上述研究成果用于台阶爆破工程中是可行的,具有较高的实用价值。