隧道表面爆破地震波的产生机制及传播特征

为了研究隧道表面爆破地震波的产生机制及传播规律,提出了隧道表面爆破振动平面应变理论模型,得到了隧道表面爆破振动场积分形式解;以龙南隧道爆破工程为背景,建立了有限元数值模型,通过现场测试验证了数值模拟与理论解答的准确性;提出了基于高分辨率Radon变换的隧道爆破地震波波场分离方法,结合理论解析与数值模拟得到了P波、S波、R波的传播特征,最后综合理论结果与波场分离结果提出了隧道爆破地震波作用分区。结果表明:隧道爆破产生P波、S波,R波在自由面迅速发育,3类波呈现指数衰减特征,S波衰减快于P波快于R波。随着爆心距的增大,垂直方向主要成分由S波转变为R波,水平方向主要成分由S波转变为P波,P波转变为R波。Ⅳ级围岩工况下,隧道爆破地震波作用分区为:隧道轴向距掌子面0~6.44 m为爆破近区,主导波型为水平S波;6.44~21.23 m为爆破中区,主导波型为水平P波;21.23 m外为爆破远区,主导波型为垂直R波。爆破分区分界点与单段最大药量呈线性关系,可通过爆破药量得到隧道爆破分区位置,用于隧道安全稳定性分析。

爆破地震波信号EMD端点效应抑制研究

针对爆破地震波信号经验模态分解(EMD)得到的IMF在端点处的发散现象,提出一种同时考虑信号端点发展趋势和全局时间-能量联合参数的改进EMD端点效应抑制算法。该算法首先考虑端点变化趋势得到延拓后的边界局部特征尺度X_0,再计算X_0的能量E_0,找到原始信号中和E_0最匹配的分段信号X_k,最后用X_k代替X_0进行EMD。通过建立仿真信号,验证该算法和常规端点效应抑制算法相比,对EMD端点效应具有更好的抑制能力,能够得到精度更高的IMF。最后将该算法用于实际爆破地震波信号分解中,发现提出的算法能够有效抑制EMD端点效应,有利于爆破地震波信号细节特征参数的提取。

爆破地震波作用下含断层结构面高陡边坡动力响应分析

为了防止白马铁矿及及坪采场含断层的岩质边坡受爆破振动作用发生失稳,利用小波分析对现场监测点爆破地震波进行频谱能量分析,得到断层影响下高陡边坡爆破振动波传播规律,同时根据实际边坡建立边坡模型,分析在爆破振动作用下边坡断层岩体劣化效应对边坡动力响应及损伤规律的影响。结果表明:1)当爆破地震波在含断层结构面的高陡边坡中传播时,断层结构面对爆破地震波在边坡中的传播规律影响显著;2)爆破振动波在断层岩体区域传播时,断层岩体力学强度对振动波的传播有明显的影响,断层力学强度越低,对振动波的传播阻隔效果越明显。断层岩体力学强度的劣化加速了爆破振动波传播的衰减;3)不同断层岩体参数劣化工况下爆破振动下边坡损伤有明显变化,随着断层岩体力学强度的劣化,边坡抵抗变形能力减弱。

紧邻桥梁水下钻孔爆破地震波与水击波控制技术

炸药水下爆炸在岩层中形成地震波,在水域中形成水击波,二者协同作用造成紧邻爆区桥梁结构振动与损伤。为了有效控制爆破有害效应,提出了爆源、传播过程的控制技术和爆破安全判据,并将其应用于长江上游九龙坡至朝天门段建设工程。通过爆破控制技术的有效实施和现场监测结构分析,表明该方法大幅降低了爆破地震波与水击波强度,保护了紧邻桥墩的结构安全。

基于CEEMDAN·MPE-NHT的爆破地震波信号时频分析

针对希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)处理混有噪声的爆破地震波信号时,会出现时频分析失真的现象,对影响HHT时频分析精度的因素进行逐一改进,得到改进后的算法来提高含噪爆破地震波信号时频分析精度。首先对经验模态分解(Ensemble Empirical Mode,EMD)进行改进得到自适应补充集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)抑制低频趋势项,同时添加多尺度排列熵(Multiscale Permutation Entropy,MPE)代码控制高频噪声,最后对CEEMDAN·MPE得到的IMF进行归一化Hilbert变换(Normalized Hilbert Transform,NHT),通过上述三步即可改善传统HHT含噪爆破地震波信号时频分析精度不足的问题。为验证CEEMDAN·MPE-NHT算法时频分析的准确性,进行HHT和CEEMDAN·MPE-NHT算法的含噪仿真信号时频分析对比研究,并将CEEMDAN·MPE-NHT算法用于水下钻孔爆破地震波信号时频分析中。研究结果表明:CEEMDAN·MPE分解得到的IMF经NHT处理得到的时频谱在时域和频域上均具有较高的分辨率,得到的时频分析参数精度相比HHT有了很大的提升,可实现更准确提取含噪爆破地震波信号时频特征参数,对爆破地震波危害效应识别,制定科学的爆破地震波危害效应控制措施具有重要的现实意义。

爆破地震波三要素对多层砌体结构弹塑性地震响应的影响

利用Matlab编写了一套Newmark时程分析法与刚度退化二线型恢复力模型相结合求解多层砌体结构体系弹塑性地震响应的程序。以一个具体的4层砌体结构为分析对象,输入荷载用实测及人工模拟爆破地震波作用的形式,并按某原则变换输入爆破地震波的特性参数,根据所求出的结构各弹塑性地震响应幅值结果,分别讨论了爆破地震波幅值、主频和持续时间对多层砌体结构弹塑性地震响应幅值的具体影响,为建立多参数爆破震动安全判据和爆区建筑物的爆破地震效应评估提供了理论和数值实验基础。

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。

基于小波包变换的爆破地震波时频特征提取及分析

为了研究爆破地震波振动分量的传播规律,在微风化花岗岩石场地进行了孔径为76mm,孔深为5mm的单孔和单段多孔爆破试验,获得该场地爆破地震波加速度衰减规律,加速度衰减系数为k=3 698,α=2.046,并研究出该场地基频范围为48Hz^74Hz。采用小波包技术对爆破地震波测试信号进行时频特征量提取,分析试验所测得爆破地震波不同频带下小波包系数的衰减规律。在此基础上通过研究场地介质对爆破振动分量的动态响应衰减作用,分析形成爆破地震波多频带特征的机理。

爆破地震波作用下既有圆形隧道衬砌动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导出无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩和衬砌动应力集中系数的表达式。结合具体算例,分析隧道不同位置上爆破地震波主频、隧道几何参数和隧道围岩和衬砌物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明,爆破地震波主振频率对隧道围岩和衬砌中的动应力集中系数(DSCF)影响较大,隧道不同位置和不同方向应力的动应力集中系数随主振频率的变化趋势不同,低主振频率引起的动应力集中系数较大,不利于隧道的抗爆破振动;隧道几何参数对隧道围岩和衬砌内侧切向应力动应力集中系数影响趋势不同;隧道衬砌弹性模量对隧道结构动应力集中系数影响较大,泊松比次之;泊松比较大的隧道围岩具有一定的抗爆破振动作用,但效果有限。

爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导了无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数的表达式,结合具体算例,从理论上定量分析了围岩不同位置上爆破地震波主频和围岩物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明:隧道围岩迎爆侧的动应力集中系数整体上大于背爆侧,动应力集中系数峰值偏向于迎爆侧;在不同主频爆破地震波作用下,动应力集中系数的影响存在最大值;隧道围岩的弹性模量对动应力集中系数的影响较大,而泊松比对动应力集中系数的影响较小。

爆破地震波作用下民房破坏分析和破坏特征

民房附近进行工程爆破时,爆破地震波对民房具有破坏作用。作用于房屋的爆破水平地震力易使砖砌房屋受剪力产生破坏。应用反应谱理论,得到了爆破水平地震力和房屋剪力的计算式。通过对民房破坏进行分析和观察,介绍了民房的爆破地震破坏特征。

含软弱夹层岩质边坡在爆破地震波下的试验研究

为探求地质工程中爆破地震波作用下含软弱夹层边坡的动力响应特性,设计由混凝土基座和边坡模型组成的物理模拟试验,采用雷管和乳化炸药施加爆破地震波,开展考虑爆破孔位置和炸药量影响的多次爆破试验。首先,对速度、加速度响应分别进行快速傅里叶变换(FFT)、希尔伯特—黄变换(HHT),两者的频谱结果均表明符合爆破地震波的特征;然后,对各次爆破地震波下边坡顶部的三个方向速度响应进行对比分析,表明相似的爆破条件下将产生相似的速度响应。针对两个方向的加速度响应,将边坡模型简化为平面应变模型,对比硬岩层、软岩层之间峰值加速度矢量沿竖直和水平方向的差异性;结果表明,软弱夹层具有"吸能"和"减震"效应,软弱夹层之上的硬层具有"放大"效应,并通过定义峰值加速度影响系数来量化加速度响应的差异性。最后,构建爆破地震波作用下含软弱夹层边坡的宏观受力模型,分析边坡在爆破地震波作用下的滑动机理。试验结果不仅为天然地震触发滑坡的机理做出更加合理的力学解释,而且为爆破作业矿区的斜坡或边坡在爆破地震波作用下的稳定性评价和治理工作等提供一定的试验参考和技术依据。

爆破地震波作用下城市隧道结构动力响应的敏感性

选取纵波作为研究对象,采用波函数展开法,推导了无限弹性介质中复合衬砌结构隧道在爆破地震波作用下动力响应问题的解析解,结合南京红山南路隧道群开挖工程开展了隧道结构动应力集中因数的敏感性分析,并通过曲线拟合分别得到了隧道围岩及内衬环向动应力集中因数随隧道结构动力学及几何参数变化的回归方程。分析结果表明:隧道围岩和二次衬砌层的弹性模量及围岩泊松比对考察点处环向动应力的影响较大,而初期支护层弹性模量的影响几乎可以忽略不计;衬砌层厚度变化对围岩环向动应力的影响要远大于内衬,在隧道施工设计时可以通过增加衬砌层的厚度平衡隧道结构的受力状态,但增加初期支护层的效果不如二次衬砌层。

爆破地震波作用下的边坡失稳机理与临界振速

论述了爆破地震波对岩石边坡失稳的作用机制 ,探讨了边坡失稳的临界振速及其控制策略 。

爆破地震波的分形机制

为深入研究爆破地震波的分形特性,采用分形理论中的盒维数方法,针对爆破地震信号的传播规律和特征,建立了其分形盒维数模型,结合在岩石场地进行深孔爆破的试验数据,计算了爆破震动信号的分形盒维数值D。通过分析D的数理意义及其与场地介质特性的关系,探讨了爆破地震波分形的物理力学机制。研究表明,爆破地震信号D能够反映爆破地震波传递介质岩石性质的特征信息,可作为描述爆破地震信号一个新的重要参量,为建立更加有效的爆破震动响应预测模型奠定了基础。

周宁水电站地下厂房开挖爆破地震波衰减规律的研究

周宁水电站地下厂房尺寸为66.82m×17.90m×42.20m(长×宽×高)的大硐室,其围岩为新鲜完整的钾长花岗岩。在爆破开挖中,为保护岩锚梁壁,在对保护层采用预裂爆破的条件下对其进行了爆破振动安全监测,分析了在该施工条件下爆破对花岗岩体的爆破振动效应,用回归方法计算求出其地震波衰减系数α和因素系数k,总结出新鲜完整花岗岩体中爆破地震波的传播规律,从而推断爆破对围岩的损伤度,并以此指导后期工程中爆破参数的选择和安全控制方案。所得完整花岗岩体的爆破地震波传播参数,可为同类工程提供参考依据。

露天矿爆破地震波作用下框架建筑的安全性研究

为分析露天矿频繁爆破致使框架建筑出现裂缝的安全性问题,开展基于现场监测的试验研究。采用爆破测振仪和8通道测振系统,测定露天矿爆破地震波参数和框架主体、危险墙体的固有频率及其在露天矿爆破中的振动响应。研究结果表明:填充墙体的固有频率高于建筑主体的固有频率,且接近于爆破地震波的输入频率;填充墙体的振动速度高于建筑主体的振动速度;同爆破地震波传播方向垂直的填充墙是建筑中的危险结构;框架建筑主体和填充墙固有频率的差异性导致沿墙体出现裂缝;爆破地震波的地表振动速度虽然满足《爆破安全规程》,但频繁的露天矿爆破对框架建筑安全的威胁不容忽视。

人工爆破地震波特性的实验研究

对南芬露天铁矿生产爆破产生的地震波进行现场测试 ,获得了大量有效的人工爆破震动数据。通过对这些数据的时域和频域分析 ,研究了人工爆破地震的振动速度、频带、主振频率和衰减时间等参量的变化规律 。

爆破地震波作用下尾矿坝的有限元动力分析

为了了解某钼矿进行爆破采矿是否会对近距离的尾矿坝产生破坏作用,结合实际勘探资料,在二维静力非线性有限元分析的基础上,进行爆破地震波作用下坝体的动力反应分析,综合研究了动位移、动应力和加速度时程等关键物理量变化的规律性,并在此基础上进一步结合试验资料对坝体进行了液化判断及稳定性分析。分析结果表明,该钼矿在规定的爆心距、药量范围内进行爆破采矿时,相邻的尾矿坝是安全稳定的。本文的研究结果对爆破设计、现场采矿及尾矿坝体运行维护均具有一定的指导意义。

煤层爆破地震波传播特征实验研究

为了研究高应力作用下具有冲击特性的爆破地震波传播特征,利用YDD16煤岩动力灾害声电监测仪对煤体卸压爆破产生的地震波信号进行了现场测试,并对采集到的信号进行了时域和频域上的分析。将煤岩体抽象成Maxwell粘弹性体,推导了地震波在Maxwell粘弹性体中传播特征。实验结果表明:地震波主频率随着传播距离的增加呈现幂级递减;在单一煤层中,地震波主频率是影响地震波波速幅值衰减系数变化的主要原因,且与主频率存在良好的正相关;地震波振幅随距离的增加呈幂级递减,且衰减速率呈现出较为明显的先增大后减小的现象。