Page 31 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 刘万通，等： 爆破振动作用下人体动态响应与感知心电变化的原位试验 第 11 期

laboratory shake-table tests were also conducted. A comparative analysis using heart rate variability (HRV) evaluation indices
was performed to preliminarily demonstrate the feasibility of using a shake table to simulate blasting vibration for human
perception studies. The preliminary results indicate that under the present test conditions, the vertical vibration velocity of the
human body is significantly higher than the horizontal velocity, with the vertical direction identified as the dominant vibration
direction. The vertical vibration velocity exhibits a characteristic pattern of “attenuation below the waist and amplification
above the waist”. Compared with the ground surface velocity, the attenuation rate in the lower body region ranges from 55.7%
to 65.9%. The vibration velocity in the upper body region is amplified by a factor of 1.25 to 1.74. The horizontal vibration
velocity decreases from the feet to the head, with an attenuation rate of 52.6% to 60%. The error in HRV indices obtained from
the in-situ and shake-table tests is less than 10%, preliminarily confirming the feasibility of employing a shake table to simulate
blasting vibration for human perception research. These exploratory in-situ tests provide a methodological reference for
quantifying human vibration response and studying perceived ECG changes due to blasting vibrations.
Keywords: blasting vibration; blast-biological coupling effect; engineering blasting; in-situ blast test

爆破作业广泛应用于地下工程、隧道开挖及建筑拆除等领域 [1-2] ，其产生的振动不仅会干扰甚至损
伤周边建（构）筑物，同时会引起人体不适 [3-4] ，影响人体健康。现有研究多聚焦于爆破振动对建筑结构的
安全影响，以及交通、机械等持续振动对人体的影响，却忽视了爆破振动对人体响应的影响。
近期研究多集中于结构类引起的持续性的低频振动对人体响应的研究，卢壮旗等 [5] 研究全身振动
环境下头部不同部位的响应特性，构建了一个包含精细骨骼与肌肉软组织的全人体有限元模型，并运用
模态分析法与随机响应分析法，分别计算、分析了头-椅振动传递率。陈兆玮等 [6] 研究了车辆段地铁运
行所引发的上盖建筑振动及二次噪声特性，并分析了二者对人体舒适度的影响。范威等 [7] 研究了振动
载荷对腰椎生物力学特性的影响机制，同样确认了振动暴露是引发腰椎退行性病变及下腰痛的重要诱
[8]
因。Moore 等 通过在头部不同位置安装多种测量系统，研究了暴露于垂直全身振动（whole body vibration,
WBV）的坐姿人体受试者的座椅到头部振动传递特性。Dong 等 [9] 确定了人体振动传递率与驱动点响应
函数（driving-point response functions, DPRFs）之间的理论关系，该研究可作为人体振动模型进一步发展和
验证的理论基础。Zhang 等 [10] 研究了横风对车辆和人体振动的影响，分析了人体头部在不同位置时振动
特性的差异，人体头部的垂直振动显著大于横向振动。Johanning 等 [11] 在其研究中发现，WBV 强度和持
续时间的增加会导致脊柱的肌肉骨骼或神经系统疾病。这些低频振动可引发人体变化，包括心率升高
和脑电波（electroencephalogram, EEG）突变 [12-13] 。然而，目前关于爆炸效应致人体影响的研究，主要集中
于冲击波的作用。王俊龙等 [14] 利用假人模型、传感系统进行激波管实验，系统获取模型头面部超压、质
心加速度和角速度及头颈扭矩随时间的变化过程。李桂兵等 [15] 通过数值模拟典型底部爆炸冲击下乘员
脊柱的动态响应过程，研究脊柱的损伤行为。Zhou 等 [16] 探究爆炸波入射方向对胸腔损伤的影响，阐明
了胸腔爆炸损伤机制与作用方向的相关性。Tang 等 [17] 建立了高保真的人体躯干有限元模型，描述了人
体器官在爆炸载荷下的损伤过程，分析了爆炸载荷对人体器官的响应，提出了人体器官的应力阈值。
综上所述，目前研究多集中于结构振动和爆炸冲击波对人体响应，但对爆破振动下人体动态响应的
研究则相对缺乏，有待深入。基于真实人体的爆破振动原位试验存在显著的安全约束，必须在远低于人
体损伤阈值的振动强度内进行，且单次爆破工况受爆源参数、地形条件和人员暴露时间等多重限制，因
此，如何在确保受试者绝对安全的前提下获取有效数据，是该研究面临的关键难题。鉴于此，本研究作
为一项突破性工作，在严格保障受试者安全的受控条件下，以单受试者、有限爆破工况为基础，通过数字
图像相关技术（digital image correlation, DIC）和心电图（electrocardiogram, ECG）变化同步测量系统，初步
研究爆破振动经地表传播至人体的振动传递趋势及体表各部位的响应特征；同时借助室内振动台试验，
对比分析心率变异性（heart rate variability, HRV）指标，初步论证振动台模拟爆破振动开展人体感知试验
的可行性。本研究旨在为爆破振动作用下人体响应量化评价探索技术路线和方法参考，为后续安全可
控条件下系统深入的研究奠定基础。

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