地下洞室边墙爆破振动传播衰减规律研究

基于桃花嘴矿区地下洞室爆破振动现场试验的实测数据,发现了地下洞室爆破开挖诱发边墙质点峰值振动速度传播衰减的特点,即爆源近区和边墙中心区域具有更大的放大效应。建立了四边简支板的动力学模型,进一步结合量纲分析法,推导出考虑边墙四边约束的地下洞室爆破边墙质点峰值振动速度预测公式。将实测数据分别代入萨道夫斯基公式和推导公式进行线性回归运算,得到萨道夫斯基公式预测值和推导公式预测值的平均误差分别为30.7%和5.1%。结果表明,该公式能较准确地反映地下洞室爆破边墙质点峰值振动速度存在的放大效应,特别可以精确预测放大效应显著区域的爆破振动峰值速度,为更好地控制边墙爆破振动损伤提供了参考价值。     

爆破振动速度测试精细分析

为确定爆破震动衰减规律,通常采用最大振动速度、最大单段药量、布点到爆区中心的距离这3个变量回归计算萨道夫斯基振动速度公式系数。为精细分析爆破振动衰减规律,用单段延时串联起爆网路,结合测试速度图谱的不同时刻最大值、对应单段药量、布点到不同孔位距离,依据一元线性回归原理计算出振动速度公式系数,为爆破振动测试提供了一种精细分析方法。     

非线性回归法求解爆破振动速度衰减公式参数

准确分析场地爆破振动衰减规律是爆破工程设计的基本依据。通过考察爆破振动速度衰减公式中参数的线性回归方法和非线性回归方法,提出了线性残差平方和与非线性（亦即标准残差平方和）的概念,给出了求解衰减公式参数的非线性回归法,并详述了该方法的实现过程。结合工程实例,以标准残差平方和作为爆破振动实测数据与衰减公式拟合值偏差大小的判断依据,分析了线性和非线性回归分析方法得到的萨道夫斯基公式和其修正公式的标准残差平方和。分析结果表明,非线性回归分析方法的准确度明显高于线性回归分析方法;分别采用线性回归和非线性回归方法得到的萨道夫斯基公式和其修正公式的标准残差平方和非常接近,因此,采用两种形式的公式拟合爆破振动衰减规律都是可行的。     

采矿爆破振动波在岩溶区的传播影响因素分析

为研究不同情况下爆破振动强度衰变规律和振动对岩溶塌陷的影响,为当地矿山合理开采及减少地面塌陷灾害的发生提供可靠依据,对湖南水口山铅锌矿区进行现场爆破振动测试,并利用古丹铅锌矿实测数据作对比分析;试验矿区共布设4条测线,接收8组爆破振动数据。采用萨道夫斯基修正公式对采集的数据进行计算,以爆破产生的振动波频率及振动速度作为测试指标,对实测数据进行提取、处理,确定爆破振动波的频率及其在介质中的传播速度及地震波引发的质点振动峰值振速。试验结果表明:采矿活动是岩溶地面塌陷的主要影响因素;爆破振动波的频率衰减强度与其在岩土体中的传播距离和断层有关,振动波的传播速度受到岩土体性质、岩层结构特征、岩层走向等因素的影响。      

溪洛渡水电站出线竖井爆破振动效应研究

对溪洛渡水电站左岸出线竖井开挖爆破的振动速度进行了现场测试。运用萨道夫斯基公式对测试数据进行回归分析,得到了竖井爆破掘进中地震波传播衰减公式。利用该式预测距离井底高程差为18.2～24.5 m处范围内测点的振动速度,并与实测数据进行对比。结果显示,竖井爆破振动的传播存在高程放大效应,水平振速放大系数约为1.49～2.24,垂直振速放大系数约为1.78～2.73;通过考虑高程效应对萨道夫斯基公式进行了修正,得到考虑高程因子的衰减公式,线性关系显著,对存在高程放大效应的爆破振动预测具有借鉴意义。运用动力有限元分析方法对竖井结构在爆炸冲击波荷载作用下的结构响应进行数值模拟,数值模拟结果与现场测试结果的对比表明,当相对高差不大时,两者整体趋势比较吻合,距离井底0～15 m,振动速度快速衰减,振动速度峰值衰减幅度超过总体幅度的60%;距离井底超过30 m,衰减不超过总幅度的10%。采用岩石-混凝土强度破坏准则对竖井构筑物在爆炸冲击荷载作用下的稳定性进行了强度校核,为竖井后续施工安全提供了参考。     

直墙半圆拱巷道爆破震动数值分析

为利于判断巷道围岩在爆破荷载作用下的稳定性及巷道内壁混凝土衬砌的安全,采用ANSYS/LS-DYNA分析了巷道钻爆法掘进爆破荷载作用下震动区岩体的动力响应。结果表明,近区岩体内部爆破压力、单元有效应力、质点振动速度随爆心距的衰减规律基本符合萨道夫斯基经验公式,单元有效应力与质点振动速度的衰减规律具有很强的相关性;巷道围岩临空面上的质点振动速度以沿巷道方向的振动速度为主,巷道横截面内垂直临空面方向次之,横截面内沿临空面方向为最小。巷道同一横截面处各质点的振动波形基本相同,拱顶的振动速度峰值比帮部的要大10%左右,拱与帮的连接处振动速度峰值较小。巷道围岩沿巷道方向临空面上质点振动速度衰减规律也基本符合萨道夫斯基公式,以上分析结果对采用钻爆法进行岩巷施工时,控制近区震动区爆破荷载对结构的影响具有一定的指导作用。     

一种高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值的预测模型

高地应力条件下深部岩体爆破开挖过程中,炸药爆炸产生的能量和岩体开挖释放的应变能共同构成了振动的能量源。采用传统的基于单响药量的萨道夫斯基经验公式及其改进公式预测高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值精度不高。通过量纲分析,提出了一种基于能量平衡原理的振动峰值预测模型。结合锦屏二级深埋引水隧洞爆破试验,以上半洞实测振动数据为学习样本,训练模型;以下半洞实测振动数据为对比样本,检验模型。结果表明:与传统预测模型相比,预测模型具有较高的拟合相关系数和较低的预测均方根误差,可以更好地应用于高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值的预测。     

反映高程放大效应的爆破振动公式研究

在地形起伏较大的情况下,地形地貌对爆破振动波的传播具有较大的影响。通过分析与爆破振动有关的物理量,运用量纲分析法推导了反映高程放大效应的爆破振动公式。结合现场爆破振动监测,当爆破场地的地形地貌变化较大时,用传统的萨道夫斯基公式预测爆破振动速度误差较大,其平均误差达42%～59%,其他4个常用经验公式预测的平均误差,分别为24%～49%、40%～58%、58%～59%、31%～39%;而采用量纲分析法推导的公式预测爆破振动速度误差较小,其平均误差仅为10%～14%。研究结果表明,通过量纲分析法得到的爆破振动公式能较准确地反映正高程差放大效应。     

小间距隧道爆破动力特性试验研究

分岔隧道是一种新型隧道结构形式。以漆树槽分岔隧道为工程背景,进行了掘进爆破的围岩震动效应试验,通过不同掏槽结构下爆破震动作用隧道围岩衬砌质点振动速度的频谱分析与质点振动速度幅值的分布情况分析,对小间距公路隧道混凝土衬砌及其围岩在爆破地震波作用下的力学特征进行论述,重点研究了小间距隧道中隔墙及爆破掌子面的震动特性及变化规律。试验与分析结果表明,（1）中墙迎爆侧为振速峰值区,以水平径向振速最大,且沿着中墙走向呈现规律性变化;（2）掏槽孔爆破产生的地震效应最为强烈,其震动强度是扩槽眼和周边眼的2倍左右;（3）衬砌振速主振频率主要分布在低频段,以20～95 Hz为集中频段,高频地震波衰减极快;（4）同一测试断面中最大振速峰值出现在拱顶和边墙中部位置的概率最大,且大小比较接近,爆破掌子面附近的振速不适合萨道夫斯基预测公式,受爆破夹制及自由面的影响较大。     

基于灰色关联分析的遗传神经网络在水下爆破中质点峰值振动速度预测研究

水下爆破是一个复杂的、非线性的动态能量释放过程,其涉及到的影响因素众多。为了充分利用少量的实测数据,较准确地预测水下爆破质点峰值振动速度,引入灰色关联分析理论,并结合遗传神经网络较强的非线性映射优势和全局化的搜索能力,建立基于灰色关联分析的遗传神经网络模型(GRA-GA-BP)。该模型利用灰色关联分析理论,充分挖掘小样本潜在信息特征,较合理地确定了影响爆破振动速度的主要因素,解决了神经网络在多变量复杂系统中输入变量无法自动寻优的难题,从而增强了神经网络的适应能力和稳定性。采用该模型对广东台山核电站1期工程大襟岛水下爆破开挖质点峰值振动速度进行预测,并与传统的遗传神经网络及萨道夫斯基公式预测结果进行对比,发现GRA-GA-BP模型的预测值与实测值吻合更好,预测误差更稳定。研究方法可为小样本、多因素影响下类似工程质点峰值振动速度预测提供借鉴。     

基于改进混沌果蝇优化小波阈值法地震信号随机噪声压制

由于野外采集地震资料往往带有较多的随机噪声,给资料解释造成困难。针对小波阈值去噪的阈值选取通常需要对信号进行先验估计,带有较强猜测性,阈值选取难以获得最优结果。本文提出基于改进混沌果蝇优化的小波阈值法,将基于广义交叉验证(GCV)函数设定为阈值选取目标函数,在混沌果蝇优化算法中引入调节系数实现对该目标函数的迭代寻优,在无先验信息前提下,获取最优小波阈值。通过将本文算法用于合成地震记录和实际地震记录进行去噪处理,并对比常用小波阈值去噪算法,证明了本文算法的有效性。     

基于小波包能量谱的建（构）筑物爆破地震安全评估

基于现场实测爆破振动数据,采用小波包分析技术对爆破振动信号进行了时频特征分析。根据小波包变换的分层分解关系,推导出爆破振动信号不同频带的小波包频带能量,小波包频带能量能同时反映爆破振动3要素（振动的强度、频率和持续时间）的作用影响。基于小波包能量谱,获得了爆破振动信号不同频带能量的分布特征,根据受控结构体对爆破振动动态响应特性,首次建立了能考虑爆破振动3要素以及受控建（构）筑物本身的动态响应特性（固有频率和阻尼比）等因素综合的安全判据--响应能量判据,并用工程实例验证了该判据的可行性和可靠性。该判据较之现行的速度-频率安全判据来说,能准确地描述爆破振动对受控建（构）筑物的影响程度,更能全面地评估建（构）筑物爆破地震效应。     

The Blasting Test and Blasting Vibration Monitoring of Vertical Crater Retreat Mining Method in the Luohe Iron Mine

Because the land requisition and demolishing became difficult more and more, the mining scheme of Luohe iron mine was changed from caving method to filling method. In order to ensure the safety of the residence and the underground tunnel cavern within the mobile belt of the underground mining, the Luohe iron mine did the blasting test on the vertical crater retreat mining method and blasting vibration monitoring. The blasting experiments use common emulsified oil explosives and non-electric initiation system. The way of caved ore adopts the cutting groove and bench side. The NUBOX-6016 intelligent vibration monitor was chosen in the blasting vibration monitoring. Twice experiments on the blasting vibration monitoring were done on the surface or in the underground refuge cavern. The first test select the three monitoring points on the ground and the second select two monitoring points on the ground and a monitoring point in the underground refuge cavern. The blasting vibration monitoring data were conducted by the regression analysis in the Sodev’s empirical formula. The vibration attenuation formula about the underground blasting vibration transmitting in three directions is derived. The blasting test on the vertical crater retreat mining method and the blasting vibration were analyzed. It is estimated if the vibration damage possibly the surface buildings and related facilities of mine.     

基于匹配小波包算法的地震信号去噪

地震资料的信噪比是影响地震资料质量的关键因素之一。目前的去噪方法中,在滤波的同时会损伤有效信号,因此提出基于匹配算法的去噪方法,利用和地震信号匹配的小波包对信号进行分解,用选出的波形代表有效信号达到去噪的效果。实验分析表明,利用匹配小波包算法能够很好地压制地震信号白噪声,提高信噪比。当噪声能量小于有效信号周期能量时,小波包算法去噪效果比小波收缩阈值法好,信噪比提高5 dB ±。     

爆破振动分析预测与控制方法综述

本文系统地分析了爆破振动的分析预测和控制方法。对于分析预测,着重讨论了经验公式法、傅立叶变换分析法、小波分析法和人工神经网络法。对于爆破振动控制,介绍了爆破振动控制的方法和原理,重点分析了微差爆破、沟槽和孔排法控制爆破振动的原理。     

上下交叉隧道爆破振动控制技术研究

钻爆法是隧道开挖中一种主要的施工方法,爆破开挖不可避免会对围岩产生扰动。以新建走马岗隧道上穿东深供水走马岗引水隧洞工程为背景,开展上下交叉隧道爆破振动控制技术研究。选取与交叉段岩性一致的爆破施工开挖区域进行爆破振动监测,得到了现场爆破施工方案条件下走马岗隧道爆破振动规律。对实测数据进行回归分析,计算得出走马岗地区爆破质点峰值振动速度（PPV）的Sadovsk公式,反演得到控制爆破振动的最大掏槽药量及安全距离,制定出交叉段施工的安全控制范围以及相应的爆破方案。通过数值模拟进行了验证并付于交叉段现场施工。现场监测数据表明,提出的振速控制标准及爆破方案符合安全要求,保证了在建隧道的顺利开挖以及既有隧道的安全运行。研究成果可为类似工程爆破开挖及振动控制提供参考。     

S-wave velocity profiling from refraction microtremor Rayleigh wave dispersion curves via PSO inversion algorithm

The refraction microtremor method has been increasingly used as an appealing tool for investigating near surface S-wave structure. However, inversion, as a main stage in processing refraction microtremor data, is challenging for most local search methods due to its high nonlinearity. With the development of data optimization approaches, fast and easier techniques can be employed for processing geophysical data. Recently, particle swarm optimization algorithm has been used in many fields of studies. Use of particle swarm optimization in geophysical inverse problems is a relatively recent development which offers many advantages in dealing with the nonlinearity inherent in such applications. In this study, the reliability and efficiency of particle swarm optimization algorithm in the inversion of refraction microtremor data were investigated. A new framework was also proposed for the inversion of refraction microtremor Rayleigh wave dispersion curves. First, particle swarm optimization code in MATLAB was developed; then, in order to evaluate the efficiency and stability of proposed algorithm, two noise-free and two noise-corrupted synthetic datasets were inverted. Finally, particle swarm optimization inversion algorithm in refraction microtremor data was applied for geotechnical assessment in a case study in the area in city of Tabriz in northwest of Iran. The S-wave structure in the study area successfully delineated. Then, for evaluation, the estimated Vs profile was compared with downhole data available around of the considered area. It could be concluded that particle swarm optimization inversion algorithm is a suitable technique for inverting microtremor waves.