基于分形盒维数和多重分形的爆破地震波信号分析

为深入研究爆破地震波特性,采用分形盒维数和多重分形理论相结合的数学方法,通过其算法的理论推导和MATLAB软件编程计算得到地震波信号的盒维数值和多重分形谱图,对地震波信号的分形特征进行了分析。研究表明:盒维数D值的大小反映了地震波曲线的复杂程度和频率结构特征,说明盒维数只是对地震波信号整体性的描述;多重分形能够更加精细地描述地震波信号的局部特征,其谱图描述了不同奇异性指数α的概率信息。因此提出使用分形盒维数和多重分形相结合的信号分析方法,获取爆破地震波信号的整体强弱、频谱结构特征和局部的奇异性等重要信息。

基于炮孔不同耦合介质的孔壁爆炸载荷及比能时间函数分析

为从炮孔装药耦合介质的选取上改善爆破效果和控制爆破振动危害,应用爆炸力学的相关理论建立耦合装药、不同耦合介质(水、空气、泥土)装药条件下孔壁爆炸载荷和透射比能的计算方法,通过MATLAB编程计算得到岩石介质中炮孔孔壁爆炸载荷和透射比能的时间函数并作图比较分析。研究表明:耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值最大,但是衰减也最快;水不耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值次之,但衰减速度最慢,作用时间最长;水不耦合装药时,孔壁透射比能量最大,耦合装药时次之;空气和泥土不耦合装药孔壁爆炸载荷与透射比能均较小。因此水不耦合装药提高了能量利用率,更有利于改善爆破效果,但产生的爆破振动强度大、作用时间长,不利于爆破振动危害控制。

装药不耦合系数对碳酸盐岩爆炸地震波能量的影响

针对碳酸盐岩中化学爆炸地震勘探激发地震波能量弱、频率高、信噪比低的现状,为对炮孔装药结构提出合理的改进措施,建立了耦合与不耦合装药孔壁爆炸载荷及透射波能量的计算模型,并借助MAT-LAB编程计算得到解析解。同时在灰岩场地进行了装药不耦合系数Kd对地震波能量影响的现场实验,应用基于功率谱的能量分析方法对实验数据进行了分析。理论计算和现场实验研究均表明:地震波信号总能量随着Kd的增大而减小;但是当Kd=1.5时,采集的地震波信号主频低、信噪比最高。因此在实际碳酸盐岩储层中,可采用Kd=1.5的装药结构形式,同时通过加大炮孔装药量以弥补地震信号总能量,从而改善地震勘探激发效果。

城市高架桥塌落冲击地铁隧道结构的动态响应及防护技术

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对城市高架桥塌落振动及其对地铁隧道结构的影响进行了系统研究,建立了适于描述桥体塌落冲击作用下地铁隧道结构动力响应的三维有限元计算模型。通过比较有、无防护条件下桥体塌落冲击隧道结构动力响应过程,得到了不同工况下典型质点单元三向振动速度及应力时程曲线变化规律。研究结果表明,与无防护措施条件下桥体塌落冲击隧道结构相比,以"钢板-橡胶轮胎"为主要形式的复合防护结构使隧道所受的振动速度、压应力和拉应力最大值分别下降了98.7%、95.6%及94.4%。实测数据与数值计算结果具有良好的一致性,隧道结构所承受的振动速度低于地铁管理部门提出的安全阈值要求,综合防护体系设计达到了预期效果。

炮孔不同耦合介质对碳酸盐岩爆炸地震信号影响分析

为选取最佳炮孔耦合介质以改善碳酸盐岩中地震勘探震源的激发效果,基于弹性波理论建立炮孔不同耦合介质(空气、水、黏土)孔壁爆炸载荷及透射波比能的计算方法,借助Matlab编程计算得到解析解,并绘制图形进行对比分析。在典型碳酸盐岩场地进行炮孔不同耦合介质的地震波激发试验,应用基于功率谱的能量分析方法对试验数据进行分析。理论计算和现场试验研究均表明:水不耦合装药时,采集的地震波信号能量最强,信号频率最高、信噪比最低;空气不耦合装药时,采集的地震波信号能量次之,信号频率最低、信噪比最高。因此,实际碳酸盐岩储层中,应采用空气不耦合装药的结构形式,并加大炮孔装药量以弥补地震波信号能量,从而改善地震勘探激发效果。

碳酸盐岩中炮孔不耦合系数对地震激发效果影响的分析

为改善碳酸盐岩中地震勘探的激发效果,针对目前爆炸激发地震波能量弱、频率高的现状,试图在震源装药不耦合系数上提出合理的改进措施。在建立震源装药爆炸载荷计算模型基础上,由编程计算得到碳酸盐岩中震源爆炸载荷和耦合能量的时间函数。分析时间函数曲线表明:该岩石条件下不耦合系数Kd=1.5时,孔壁质点压力等载荷的衰减更慢,作用时间较长,岩石介质耦合能量较大,地震激发效果最好。石灰岩条件下的现场试验与理论计算结果基本一致。地震勘探数据采集中,可借鉴本文计算方法,根据现场碳酸盐岩和炸药的波阻抗参数计算得到激发效果最佳的不耦合系数值。

基于改进匹配追踪算法的化爆地震波信号时频特征提取

通过化爆地震波信号的时频分析可以获取丰富的地下岩层信息,为进一步的化爆地震波特性研究提供支撑。本文中利用爆炸地震波信号的非平稳随机特性,提出一种改进的匹配追踪算法(matching pursuits),该方法能更有效地获取化爆地震波信号的时频信息。该算法首先对地震波信号进行Hibert变换,将其转换成复数信号,获得爆炸地震波信号瞬时频率相位参数,再进行子波分解,从而显著提高了匹配追踪算法的运算速率;用分解后的信号计算其魏格纳威利分布(Wigner Ville distribution),有效地消除了交叉干扰项的影响。将该方法用于实测地震波信号的时频分析,获得了分辨率较高的时频分布图,且运算速率大大提高。

龙海大厦拆除爆破塌落振动与爆破振动的对比分析

对被爆破拆除的龙海大厦周围重要的保护目标进行了振动监测,在最近居民楼和省医院两个测点监测得到振动速度数据。对振动波形的时间历程分析认为记录的波形主要含有爆破振动、后坐振动及塌落振动三个阶段;对比分析这三种振动的速度及频率特征,得到以下结论:塌落振动比爆破振动的速度更大、频率更低、对周围建筑物的危害也更大,在楼房倒塌处保留一定厚度的建筑废碴并敷设沙包墙具有很好的减振效果。

碳酸盐岩中爆破振动信号能量局部特征的多重分形分析

根据多重分形基本理论,建立了基于盒计数法的爆破振动信号多重分形谱模型,并开发了基于C++的多重分形谱分析平台。分别对碳酸盐岩中爆破地震波测试信号开展了单道、多道信号的多重分形分析,实现对爆破振动信号能量局部奇异性的精细化描述。研究成果为更好地在碳酸盐岩中应用化爆震源地震勘探方法勘探油、气资源奠定了重要基础。

爆破振动危害智能监测系统研究进展

随着互联网的发展,国内外在爆破振动监测技术研究领域取得了突破性的发展。近年来,数字爆破测振已成为了工程爆破领域内的研究热点。对国内外工程爆破振动危害远程监测系统的研究进展进行了综述;在分析讨论该领域阶段性研究成果的基础上,提出下一步爆破振动远程智能监测系统研究的合理化建议,为促进数字爆破的发展提供参考。

导爆索爆炸拆分废弃常规弹药的初步试验研究

对比分析了国内销毁废弃常规弹药的几种方法,指出不同方法的优缺点,提出用导爆索爆炸拆分废弃常规弹药的新方法。试验结果初步表明导爆索爆炸拆分法可以运用于废弃常规弹药的销毁。

挤淤爆破规律及其振动效应研究

为了研究挤淤爆破规律以及爆破地震波的传播特性,结合连云港连云新城示范区填海造地及基础设施建设项目的挤淤爆破工程实例,对挤淤爆破的全过程进行高速摄影录像和爆破地震波监测与分析。高速摄影再现了挤淤爆破过程中"水—淤泥—围堰"系统相互作用的运动过程,有效解释了挤淤爆破过程中预埋石料与淤泥置换的作用机理。利用实测的爆破地震波数据修正与地形地质条件有关的系数K和衰减系数α,获得了适于挤淤爆破过程中计算质点振动速度随距离衰减的Sadovsk计算公式,为有效预测类似工程中爆破地震波的传播规律特征提供了一种方法参考。挤淤爆破过程中测得的爆破地震波主振频率范围在8~50 Hz之内,说明淤泥介质对爆破地震波不同频率成分的传播具有选择性:高频地震波通过淤泥时产生大幅度的衰减,低频地震波通过淤泥后对建(构)筑物造成破坏。

不同岩性条件下孔壁爆炸载荷及透射波比能量计算

为研究不同激发岩性对孔壁爆炸载荷及透射波比能量的影响,基于经典的冲击波理论,建立了岩石介质中柱状装药爆炸时孔壁的初始冲击载荷计算模型,该模型将爆轰波简化为含化学反应的强间断面,弥补了弹性波理论认为孔壁周围岩石内直接产生应力波的不足,成功解释了爆轰波参数的基本关系式;建立了不同激发岩性时柱状装药爆炸的孔壁质点速度和压力随时间变化的计算模型,编程计算得到其随时间变化的函数关系式和透射波比能量的解析解。

小波与分形组合分析技术在爆破振动信号分析中的应用

基于小波、分形技术的相似性,提出采用小波分形组合技术对爆破振动信号进行分析。对爆破振动信号进行不同分解尺度的小波阈值去噪,根据去噪后振动波形分形维数的变化规律确定最佳小波分解尺度,通过爆破振动信号与小波分量的相似性及小波分量自相似性验证了爆破振动信号的分形特性,通过爆破振动信号各小波分量对应盒维数值进行对比分析,得出不同频带分量分维数随频率的变化规律,提出将分形盒维数作为反映爆破振动信号频率成分的新参量。采用小波分形组合分析技术建立爆破振动信号全频带分形维数分析模型,为更加细致地研究爆破振动效应的分形特性提供了重要参考。

小波包与分形组合技术在爆破振动信号分析中的应用研究

基于小波包、分形技术的相似性,提出采用小波包、分形组合技术对爆破振动信号进行组合分析。采用小波包对爆破振动信号进行分解,通过各主分析小波包的重构系数验证了爆破振动信号的分形特性,通过对各主分析小波包的盒维数值进行分析及对比,更加细致地分析出爆破振动信号不同频带分量分形维数的变化。组合分析表明,盒维数值随着爆破振动信号小波分量频率高低而变化,提出将盒维数作为反映爆破振动信号频率成分的一个重要参量。小波包与分形组合分析技术的提出为研究爆破振动信号分形特征提供了新的研究思路。

基于小波包变换的高程差对爆破震动信号影响分析

爆破施工现场地形一般都有一定的起伏,爆破地点与被保护目标具有一定的高程差。为了研究高程差对爆破震动信号特性影响,依托工程实践,采集了大量爆破震动信号。分析表明正的高程差对爆破地震波峰值具有放大效应,并且放大效应在一定的范围内存在。利用小波包分析的信号处理方法对高程差影响下的爆破震动信号能量分布和时频特征进行了研究。研究表明,正高程差使爆破震动信号中的低频成分增多,低频成分在整个信号中的能量分布有增大趋势,这一特点对爆破地点周围目标保护不利。分析高程差对爆破震动信号的影响,从而优化爆破设计,更好地保护爆破地点周围的目标。结论具有重要的现实意义。

FastICA算法在低信噪比爆破振动信号信噪分离中的应用研究

传统信噪分离方法对低信噪比爆破振动信号的细节提取能力变弱或近乎失效,因此,提出应用快速独立分量分析(FastICA)方法对信号中的独立分量进行非高斯性度量以完成含噪信号的信噪分离。结合数值仿真算例及实测信号分离试验,验证了FastICA用于爆破振动信号信噪分离的有效性,结果表明,FastICA可以准确地从信噪较低的含噪信号中,分离出贴合源信号的逼近信号,从而为将FastICA引入到爆破振动信号分析领域,实现爆破振动特征的快速提取提供了借鉴。

SGWT在爆破振动信号信噪分离中的应用研究

为提高测试信号分析效率和质量,引入二代小波变换并用于爆破振动信号信噪分离。采用提升db小波以及根据提升算法构造的插值细分小波,进行爆破振动信号的分解-阈值去噪-重构,取得了满意的效果。通过比较4个不同提升小波的去噪质量和效率,提出了适用于爆破振动信号分析的提升小波选取办法,为将SGWT引入到爆破振动信号分析研究领域,实现爆破振动特征的快速提取提供了参考。

多点起爆对双层药型罩爆炸成型弹丸成型及侵彻特性的数值模拟研究

起爆方式对双层药型罩爆炸成型弹丸（EFP）成型特征参数及终点毁伤效应具有重要影响。基于双层药型罩EFP战斗部静爆试验结果,利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力学软件研究了起爆点数目对双层药型罩EFP战斗部成型及侵彻特性的影响规律。研究结果表明：当起爆点数目在4~8时,双层药型罩EFP战斗部可起爆成型具有良好空气动力学特性及优良终点毁伤效应的带尾翼大长径比聚能侵彻体;当起爆点数目为6时,双层药型罩EFP战斗部成型侵彻体终点毁伤效应的最大侵彻深度达到1.07倍的装药口径,较端面单点中心起爆方式获得侵彻体侵彻钢靶的最大深度提高了32%.

多模战斗部中定向破片的发散角分析

为了解多模战斗部中的定向破片的特性,分析了在爆炸成形弹丸结构前适当位置安装一个可抛掷的切割网罩的装药结构,并采用LS-DYNA 3D程序,对药型罩经过2种不同切割网罩形成多个破片的过程进行了数值仿真。该装药结构能形成具有一定质量和方向性、速度达到1.5-2.5 m/s的破片群。通过数值仿真并结合试验得到了破片发散角α的计算公式,着重讨论了α与切割金属丝的直径D、材料屈服强度,以及破片与药型罩之间的距离d的关系。得到了：α随着D的增大而增大,材料屈服强度越大越有利于切割,但对α影响不大,而d则需在一定的范围之内才能形成理想的破片,并存在一个最佳值。