掏槽爆破作用下振动波形预测及影响分区确定

为研究隧道掘进过程中掏槽爆破对既有建筑物的影响,构建地表质点爆破振动波形预测函数,引入基于爆破振动波形理论的影响区域划分方法。基于等效球形药包理论,结合萨道夫斯基公式和爆破振动频率预测公式,将拟合系数与等效振源强度函数中的工程参数建立联系,构建适用于实际工程的爆破振动波形函数。依托现场监测数据,验证引入方法的可靠性。最后,分别以质点峰值振速、振动位移作为标准划分爆破振动影响区域。根据计算结果,掌子面在邻近被保护对象水平距离D=50 m时应采取相应的控制爆破措施。

爆破振动强度、波形与频谱研究综述:预测及主动控制

岩石钻孔爆破不可避免地会产生爆破振动效应及危害,准确预测爆破振动效应并进行主动控制具有极大的现实意义。论文综述了近40年来,国内外研究人员在爆破振动预测及主动控制方面取得的研究成果。在爆破振动速度峰值(PPV)预测方面,经验模型预测方法体现出了较大的便捷性,但预测精度与效果较差,将概率统计理论引入经验模型预测方法,提高了PPV预测精度;而基波叠加预测方法可实现对振速、频率和持续时间的综合预测,但是该方法对振动基波的测试精度要求较高,同时亟须在行业内建立对爆破振动采集设备的定期标定与校核机制;人工智能预测方法极大提高了PPV预测精度,同时为多因素影响下的爆破振动效应预测提供了新思路,但需要建立在海量真实有效实测数据的基础上,目前还缺乏充实的振动测试样本数据库;PPV预测理论模型及数值模拟预测法对理论与专业知识、数值模拟技术等要求高,限制了两种方法在工程的普遍应用。在爆破振动速度主动控制上,可以确定合理的延期时间,采用毫秒延迟干扰减振法来降低PPV,但目前多为单一防护对象所提出的延期时间建议值;从调整爆破振动频谱结构的角度,通过主动改变延期时间调控爆破振动频率成分,可避开建(构)筑物自振频带,减小爆破振动危害,然而目前仅仅停留在理论层面或模型试验尺度条件下,缺乏大规模的现场应用实例。最后,对未来爆破振动预测及控制方面重点研究内容进行了展望。

减震沟爆破降振机理的试验研究

降低爆破振动危害是爆破安全中广泛关注的重要课题,研究减震沟的降振机理对指导爆破工程安全具有一定理论价值。以混凝土为振动传播介质,固定埋深的炸药爆炸后,测试有无减震沟条件下不同距离爆破振动参数。通过波形分析其传播衰减过程,利用MATLAB工具包对爆破振动波进行时频分析。结果表明:随着距爆心水平距离的增加,切向、径向、垂向峰值振动速度均逐渐减小,且符合萨道夫斯基公式的指数式衰减;减震沟过滤了爆破振动的低频成分,有效地阻隔爆破振动产生的P波,显著降低爆破振动的能量强度,控制爆破振动危害。

金属/聚氨酯波形发生器复合弹体冲击载荷特性及调控机制

采用撞击方式模拟爆炸/冲击加载是一种有效的实验室规模的加载手段。为探究金属/聚氨酯波形发生器(Polyurethane Waveform Gnerator,PWG)复合弹体的冲击载荷特性及PWG对载荷的调控作用,进行不同尺寸PWG的准静态压缩加载-卸载实验,分析PWG的基本力学特性及PWG的刚度、能量耗散比与PWG尺寸的定性关系。开展不同配置的金属/PWG复合弹体的直接撞击实验,对复合弹体撞击过程进行系统分析,探究冲击速度及PWG尺寸等因素对冲击载荷的影响,并分别建立冲击载荷特征参数与冲击速度、PWG尺寸因子的定量关系。通过金属/PWG复合弹体直接撞击实验的单自由度系统运动方程及PWG动力学模型,探究PWG刚度对冲击载荷的调控作用。研究结果表明:PWG的静刚度系数随直径的增加而增大,随厚度的增加而减小;与PWG直径相比,厚度对能量耗散比的影响更加显著;冲击载荷特征参数与PWG直径D、厚度H的乘积D×H具有显著相关性,且随D×H的增加,峰值压力呈指数下降,持续时间及峰值比冲量分别呈2阶、3阶非线性增长;随着冲击速度的增加,峰值压力和峰值比冲量分别呈现3阶非线性快速增长和线性增长趋势,载荷持续时间则呈现2阶非线性下降趋势;PWG直径对冲击载荷的影响主要通过调控线性静刚度系数α实现,直径越大,α越大,冲击载荷峰值越小,冲量越大,载荷越趋近于半正弦曲线;PWG厚度的影响主要通过调控非线性静刚度系数γ实现,厚度越小,γ越大,冲击载荷峰值越大,冲量越小,载荷的尖峰细腰形状越明显。

隧道爆破振动中掏槽段的波形预测方法

为探讨隧道爆破振动响应的分布特征,对掏槽爆破诱发的爆破振动波形展开预测。基于等效的球形爆源理论,引入一种地表爆破振动波形的预测方法,首次将频率的影响纳入爆破振动波形的预测研究中,推导得到等效球形爆破荷载作用下的地表爆破振动波形的符号表达式。以此为基础,构造形式简洁的爆破振动波形预测函数。依托具体隧道爆破的现场监测数据对预测函数的可靠性进行验证。结果表明:理论波形与实测波形在爆破振动曲线总体趋势上表现出良好的一致性。二者对应的质点峰值速度与振动周期基本相同。这种对比结果可验证该文引入方法的可行性。

隧道爆破新自由面形成时间的识别与应用

隧道爆破中新自由面的形成影响爆炸能量的传播,能显著降低爆破振动强度。由于现场爆破过程的瞬态性及危险性,难以确定新自由面的形成时间,揭示其作用规律。为解决该问题,提出新自由面形成时间的识别方法,借助电子雷管精准起爆特性设计获取两组对比波形,一是通过现场短延时掏槽爆破试验获取受新自由面影响的实测振动波形;二是按照现场延时间隔,基于叠加理论得到不考虑新自由面影响的计算振动波形。通过希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)分别计算两组波形全时程的累积能量,分析两条累积能量曲线,以差异特征点作为新自由面形成时间。现场应用该方法确定的形成时间为43.5 ms。分析新自由面形成后能量折减率的变化过程,发现存在快速增加到最大值、持续稳定、逐渐降低3个阶段。对比分析短延时(<10 ms)和长延时(>10 ms)爆破条件下的计算振速和累积能量,确定16~19 ms为较优的掏槽孔间延时。

基于LS-DYNA的扇形中深孔逐孔起爆段别优化

梅山铁矿是典型的"城市矿山",控制爆破振动效应对周边建筑安全意义重大。为优化其微差参数,降低爆破振动效应,利用LS-DYNA建立了准二维扇形中深孔爆破模型,在原典型微差方式的基础上,设计了五种不同段别组合的逐孔起爆方案,识别了各孔段振动速度波形,比较了各方案各孔段波形峰值。结果表明:间隔一至两个段别的微差方式更有利于应力波干涉减震;对于多孔段逐孔爆破,统一地改变孔间间隔时间往往不达到整体减震的目的;对于梅山铁矿的爆破参数,起爆段别调整为1-3-4-5-6-8-9-10-11段更有利于爆破振动效应的控制。针对模拟得出的最优方案进行了现场对比验证,现场试验表明:相对于原方案,优化后方案井下减震11.4%,地表减震15.2%,说明优化方案具有一定的应用价值。

微差爆破降震效果影响因素分析

依托单段实测爆破振动信号,借助Matlab软件编程,分析了特性各异的子信号在不同微差时间下叠加信号的时频特征,通过引入"降幅率"和"振速比例"的概念,提出了微差爆破叠加信号各特性随微差时间、起爆顺序及子信号特性的变化规律。分析发现,使叠加信号达到一定降幅率的时差并非某一具体时差点,而是多个间断的时差区间,其主频随微差时间的不同呈阶跃锯齿型变化;合理微差时间下,两单段信号的振动特性越相近,干扰降震效果越明显;若装药已定,优先起爆小药量的段别所达到的降震效果更佳。现场试验数据显示,研究结果基本符合微差爆破的现实运作规律。

基于单段波形叠加的爆破振动信号时频分析

基于实测的单段爆破振动信号,利用Matlab7.0编制程序在0～120ms内每隔单位毫秒进行两段波形叠加,研究不同微差间隔下的叠加信号振速峰值和主频的特征;并根据RSPWVD可以看作信号能量在时域和频域分布的明确的物理意义,从能量的角度探讨不同微差间隔下叠加信号的能量分布规律。结果表明:叠加信号降振率的最大值并非出现在单段爆破振动信号1/2周期的微差间隔处;叠加信号的主频不是连续变化的,具有一定的阶跃性,其持续时间随间隔时间的延长而增加;叠加信号的能量随着微差间隔延长具有明显的规律性,可尝试从能量的角度并考虑建(构)筑物对不同频率的选择放大作用对干扰降振进行研究。

基于叠加原理的隧道爆破近区振动规律研究

为了改善隧道近区振动强度预测的准确性,以线性叠加理论的假设条件为基础,建立了符合现场实际的隧道近区振速计算模型。以北京兴延高速公道浇花峪右线隧道,里程为YK28+190到YK28+354范围内实测数据验证模型的可行性,并对隧道近区振动规律进行研究。研究表明:(1)基于波形叠加的爆破振动预测模型适用于隧道近区振动预测;(2)随着单孔装药量的增加,平行于掌子面的隧道截面上能量密度增加,振速等值线的强度增大,轮廓形态出现变化,中心测线振速的增长幅度大于两边,在爆破近区这种现象尤为明显;隧道已开挖区垂直掌子面的测线方向上,随着离爆源的距离增加,振速的衰减速度逐渐变小。(3)随掏槽孔孔数目的增多,相同数值的等值线外移,且等值线逐渐平缓;平行于掌子面的隧道截面上,振速的增加幅度逐渐减小。

波形特征与层理岩石各向异性关系分析

岩石声学特性可以对岩石内部结构及力学特性进行描述与分类。通过对岩石声学特性的研究可以得到岩石爆破破碎所需的诸多信息。通过试验分析可知,声波速度与岩石爆破破碎效果密切相关,且岩石波形与岩石声波速度密切相关。声波波形与岩石破碎特征存在一定的相关性,波形在岩石不同方向上的差异性与岩石在不同方向上爆破破碎效果的差异性是相关的。

管道内预混气体爆炸的波形演化特征及超压预测模型

综合采用数值模拟、理论建模和实验验证方法,开展了平直管道内气体爆炸超压的预测方法研究。研究分析发现:爆炸波可以分为三种类型,即爆轰波、高速爆燃波和缓燃波,而且爆炸波形能够反映火焰燃烧和爆炸超压之间的关系,典型的爆炸波包含前驱冲击波、火焰压缩波和稀疏波三个部分。前驱冲击波的超压随着爆炸的传播不断增大,其与距离的关系可以用线性函数表征,火焰压缩波形成的第二次峰值超压与传播距离的关系也可以用线性函数表征,但其波形可以用指数函数表征。最后,实验验证了本文提出的爆炸波形函数的正确性,其可以很好地预测爆炸超压演化,而且与数值模拟结论基本相同。研究成果可以为管道或巷道内可燃气体爆炸超压预测及破坏评估提供理论依据。

爆破振动信号波形预测模型的优化研究

依托临沂引水隧洞竖井爆破工程,通过Matlab语言编程对实测数据进行小波包分析,并利用修正萨道夫斯基公式(简称修正公式)对各个频带的信号进行了非线性预测分析,最终整合得到爆区内任意点的爆破振动信号波形的预测模型。分析发现,修正萨道夫斯基公式的预测精度明显高于传统的经验公式,且基于修正萨道夫斯基公式构建的多频带小波包系数波形预测模型的预测精度较高(幅值预测误差不足2%,主频预测误差6.5%),较单一衰减因子分析模型稳定。

基于叠加原理的隧道爆破近区振动预测方法

为了改善隧道近区振动强度预测的准确性,基于现场单孔爆破试验,在掌子面后方构建5排×11列的测点阵模型,在考虑震波频率随传播距离衰减的基础上,利用Anderson线性叠加模型来模拟掏槽孔爆破时的振动情况,建立符合现场实际的隧道近区振速计算模型。同时以北京兴延高速公路隧道梯子峪段爆破工程实测振动数据验证模型的可行性,并对隧道近区振速进行预测。研究表明:(1)基于波形叠加的爆破振动预测模型适用于隧道近区振动预测;(2)在平行于掌子面的隧道截面上,在一定范围内爆破地震波能量流动的方向逐渐分散而均匀,在垂直于掌子面的测线上,拱顶处速度衰减折线的斜率绝对值最大,衰减最快;(3)在模型分析区域中,随着到掌子面距离的增加,不同隧道截面上测点对群孔效应敏感性不同,距离掌子面越近,敏感性越大。

一个解决声纳系统同频干扰的新思路

多平台联合作战将是未来海上作战的重要形式之一,多部主动声纳的同时存在使声兼容问题十分突出。由于友舰直达波经历的是单程传播,其强度往往比经历了双程传播的目标回波大的多。通过波形设计可以获得相关系数小的声纳波形,虽然可以从一定程度上缓解声兼容问题,但由于获得的增益有限,并不能从根本上解决这一问题。本文通过对常规检测器的修正,引入能量归一化的概念,有效地消除了能量对检测器的影响,从而解决了这一问题。同时本文还提出了与现有声纳信号处理体系相兼容的频域实现方法,使该算法在工程上的实现成为可能。计算机仿真证明,这一方法是正确有效的。

微差爆破的波形叠加作用分析

在分析纵波、横波和面波传播速度差异的基础上,进行均质介质中的单孔爆破振动测试,研究爆破地震波时程曲线上纵波、横波和面波因初至时刻随传播距离的增加而不同所具有的分离特性;再进行深孔台阶微差爆破振动效应试验,分析微差爆破地震波的段间叠加特性。结果表明,微差爆破相邻段别的地震波形随传播距离的增加而相互接近、叠加,从而提出确定微差爆破合理间隔时间应考虑距离因素的观点。

爆破振动全历程预测及主动控制研究进展

爆破振动为爆破公害之首,工程上需要对其进行控制.基于爆破振动全历程预测的爆破振动控制方法是一种主动的控制方法,且具有良好的应用前景,本文阐述了爆破振动全历程预测的研究进展与应用,并对各种预测模型的优缺点进行了比较.介绍了两种典型的爆破振动主动控制方法——干扰降振法和频谱控制法的理论试验研究及其在工程中的应用,并重点分析了爆破振动控制在电子起爆条件下的优势及一些应用实例.最后指出了今后需要进一步研究的问题.

宁夏及邻区异常低视应力“地震事件”的发现及研究

计算宁夏及邻区一些中小"地震事件"视应力,发现与同震级事件相比,视应力成倍降低。结合这些异常事件的发生时刻和所在位置等,初步判定其为疑似爆破事件。进一步利用P波初动方向、波形互相关特征和不同频带能量比值等方法,发现异常事件P波垂直向初动均向上,同一台站记录的同一区域的不同异常事件波形相关系数较大,异常事件波形低频信号比较发育,应该是爆破事件。

露天铁矿分区爆破振动监测与安全分析

对放马峪铁矿三个采矿场分区爆破的振动速度进行了监测,在剔除异常值后得到了106组三向振动的峰值速度,然后对三向振动速度分别进行回归分析。分析结果表明:放马峪铁矿采取的爆破分区方案是安全可行的,符合《爆破安全规程》(GB6722-2003)的规定;爆破振动的三相回归公式中K值较小、α值较大,说明了毫秒延时爆破能够加快地震波的能量耗散,从而起到干扰降振的作用;同一次爆破中,爆破振动速度的垂直向分量不一定总是最大,在评价爆破振动产生的破坏时,不应单一选取爆破振动速度的垂直分量作为评判标准,而应选择建构筑物所处位置振动速度分量中的最大值。

岩体爆破累积损伤效应的声波形态变化特征

岩体爆破损伤特性除了影响声波速度外,还明显地引起声波形态特征的变化。文章基于在某地下工程围岩中多次爆破作用下岩体累积损伤效应的声波测试,对声波测试信号中的波形、振幅及波形相关性等信息随爆破次数增加的变化规律进行了分析。结果表明,随着爆破次数的增加,声波波形变得越来越不规则;声波振幅随爆破次数的增加呈明显下降趋势,反映了岩体由于爆破损伤累积、疲劳裂纹扩展引起的声波能量衰减;岩体声波波形相关性随着爆破次数的增加整体上呈下降趋势,相关系数为非线性下降曲线。