爆破震动信号的多分辨小波分析

采用小波分析和快速傅立叶变换相结合的方法,对工程案例的爆破震动近、中远区的实测原始信号进行小小波分解和重构,得到重构后各子频带的时间信号及频谱,在此基础上通过Matlab语言编写程序研究爆破地震波沿各分区信号的频谱及能量分布特征。指出：爆破震动各分区的主频从大到小排序为：近区>中区>远区;随着比例距离的增加,低频带能量所占信号总能量的比例升高,高频带能量所占比例下降;频率越低的频带信号,持续时间越长;除主频所在频带外,在0～2.441 5 Hz频段（比较接近建筑物的自振频率）,爆破震动信号在水平方向占有不小的能量比例,故建筑物进行结构设计时考虑水平方向的抗震尤为重要。     

基于声波频谱特征的岩体爆破累积损伤效应分析

为深入揭示岩体爆破累积损伤效应及其与岩体声学特性之间的内在联系,在某地下工程围岩中进行了10次小药量爆破,并开展了岩体损伤现场声波测试。基于快速傅立叶变换(FFT),探讨了声波在爆破损伤岩体中传播时的衰减特性,分析了声波主频、频域内最大振幅等岩体声学参数随爆破次数不断增加的变化特性,同时探讨了围岩松动圈厚度、声波换能器间距、爆心距等因素的影响。研究结果表明,随爆破次数增加,岩体爆生裂隙不断增加和扩展,声波信号中的高频成分不断被吸收,低频成分所占比例增加,主频向低频方向偏移,频谱曲线畸变程度增加;声波主频比和频域最大振幅比均呈非线性降低趋势,频域最大振幅比对岩体爆破损伤的敏感性高于声波主频比;随爆心距增大,岩体声波频谱变化程度逐渐减弱。声波换能器间距越大,声波主频变化越大,频域内最大振幅衰减变化越显著。研究成果对于丰富和完善岩体爆破累积损伤效应声学研究方法具有一定的参考意义。     

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。     

基于连续小波变换的斜坡动力响应特征分析

川西北地区深切峡谷发育,地震扰动频繁。峡谷内高陡岩质斜坡在强震扰动下,通常会发生震裂松弛,进而导致失稳,因此研究其强震响应意义重大。2019年四川长宁M_s6.0级地震触发了布置在石棉县城南桠河两岸的3台强震监测仪器,通过对捕捉到的强震数据进行连续小波变换之后,获取了其时频信息。分析结果表明:（1）S波在频域上分为两种成分,其主频值分别为3.5 Hz和1.1 Hz附近;（2）山脊处的地震动放大效应主要体现为S波相对高频成分上能量的增加而低频部分则无显著变化;（3）覆盖层场地自振频率与S波低频成分主频相近,二者产生共振,导致S波低频放大与高频衰减效应;（4）地震动响应具有极强的方向性,水平向地震动放大效应比垂直向更为显著。     

基于有限元数值计算的爆破震动强度分析

爆破震动强度的预测一直是爆破震动危害控制的前提和基础,也是其研究的一个重要课题。基于有限元数值模拟方法的基础上对反映爆破震动强度的重要指标--质点振动速度的计算方法进行了探讨,并对空气和水两种不同间隔装药结构下的震动强度计算结果进行了对比分析。数值模拟结果表明,在爆心距不太大的情况下,计算结果与实测结果吻合较好,研究结果对爆破设计与施工有一定的指导意义。     

隧道近距下穿山坡楼房爆破振动测试研究

以成渝客运专线新红岩隧道为工程背景,测试了隧道近距下穿山坡楼房爆破时引起的地面振动。通过对隧道浅埋侧（隧道地表斜坡下部）和深埋侧（隧道地表斜坡上部）的地表振动数据分析,研究了地表的振动速度、振动主频及振动安全评价方法。结果表明：在浅埋隧道爆破的近区,入射纵波为主要载体,地表水平和竖直方向振动的主要成分可以认为是入射纵波在水平和竖直方向的投影,浅埋侧和深埋侧地表水平和竖直方向振速的大小取决于爆心距和入射纵波与竖直方向的夹角两个因素;隧道采用电子雷管进行单孔连续起爆,相比非电雷管爆破,可以有效降低地表振动强度,同时能够提高地表振动主频;地表振动主频方面,地表竖直方向振动主频普遍高于水平方向,而且浅埋侧地表竖直和水平方向主频大多高于深埋侧地表对应方向的主频;隧道近距下穿山坡楼房进行爆破施工时,建议在浅埋侧和深埋侧地表同时布置爆破振动监测测点,并根据浅埋侧和深埋侧地表测点的峰值振速、爆破振动主频与建筑物固有频率的关系对地表振动安全进行评价,以减少隧道施工爆破对地表环境和周围建筑物造成的振动破坏。     

龙滩水电站右岸导流洞开挖中爆破损伤范围研究

根据确定岩石爆破中爆源近区的质点峰值震动速度衰减规律的波动方法,导出了岩石爆破中岩体损伤范围的计算式。结合岩体爆破损伤的质点峰值震动速度安全判据,就龙滩水电站右岸导流洞爆破开挖工程中岩体损伤范围进行了计算,并对理论计算结果与围岩损伤范围的声波法检测结果进行了对比与分析。     

城市深基坑内控制爆破及其震动测试

城市控制爆破引起的爆破危害足人们比较敏感的问题,爆破工程师一直在寻找降低爆破危害的新途径,并采用科学的方法来评价爆破危害,使广大人民群众能从科学的角度来了解爆破产生的危害.笔者对城市深基坑内控制爆破及其震动测试结果进行了分析.测试数据分析表明,该种爆破震动速度满足国家爆破安全规程要求,从测得的频谱图形可以看出,其主频比较低,接近建筑物的固有频率;同时提出应从震动速度和震动频率两方面来分析爆破震动的危害.     

九寨沟MS7.0级地震斜坡地震动响应监测研究

通过在九寨沟县聚宝山不同位置处布设微震监测仪器,采集到了九寨沟M_S7.0级地震后几次典型的余震监测数据。对地震动监测剖面上1#（1414 m）和2#（1551 m）监测点的余震加速度响应数据进行系统的研究,表明:（1）孤立突出山体的地形放大效应显著,各监测点的水平向加速度幅值一般要大于竖直向;（2）在地震过程中,聚宝山近SN走向的山脊沿水平东西方向震动更为猛烈,即沿东西两侧发生猛烈"甩动",形成沿山脊走向发育的地震裂缝。对余震监测数据的研究证实了斜坡地震动方向效应的存在,聚宝山山顶处的2#监测点水平东西向峰值加速度放大效应明显强于其他方向,地震波能量在水平东西向上得到显著放大,因而坡顶处建筑物也更容易沿该方向发生破坏,证明了局部地形对斜坡地震动力响应具有控制效应;（3）2#监测点竖直向主频值主要为6~12 Hz,水平东西向主频值主要为5~8 Hz,水平南北向主频值主要为5~10 Hz,其水平东西向主频率值主要为低频成分;相较于1#监测点,2#监测点各向的主频值发生明显衰减,即随着高程的增加,地震动主频值呈现出减小趋势,在斜坡上部地震波以中低频为主。通过进一步地计算分析得出,九寨沟地震诱发单薄山脊、条形山体、多面临空山体等地形放大效应与地震波半波长密切相关,斜坡在局部地形尺寸与地震波丰富的波长成分的耦合作用下,地形放大效应显著,山体震害发育。     

基于小波能量的爆破震动巷道围岩稳定性判据

目前爆破震动荷载作用下地下围岩稳定性判别主要依靠单一强度因子的独立阈值稳定性判据,这类判据多为定性分析,没有同时考虑爆破震动三要素的综合作用效果,且未建立稳定性判据与巷道围岩破坏程度之间的定量关系,在实际工程应用中存在一定的缺陷和不足。通过建立爆破荷载作用下的不同类别巷道围岩有限元模型,提取巷道围岩的响应信号,基于小波变换理论建立时间能量密度函数分析巷道围岩响应信号的时、频域特征,进而将时间能量密度曲线与时间轴围成的面积TEDI作为评估爆破震动效应的判别指标,建立了TEDI与巷道围岩损伤程度的定量关系,为进一步完善基于小波能量理论的巷道围岩损伤预警体系奠定基础。     

低爆速细长型震源药柱提高地震勘探分辨率

提高地震勘探分辨率是一个系统工程，必须在野外采集，资料处理等方面采取各种不同手段，达到提高分辨率的目的。采用低爆速细长型药柱震源，在提高地震勘探分辨率方面具有特殊的效果，在研究中发现，同时接收纵波和转换横波，与高爆速炸药相比，低爆速细长型震源药柱可以有效地拓宽频带（纵波频带达220Hz以上），提高目的层反射波的主频（纵波主频达120Hz以上），低爆速细长型震源药柱在地震勘探中的推广应用。必将有效地提地震勘探的分辨率。     

浅埋大跨隧道施工爆破监测与减震技术

以沪-蓉线庙垭分岔隧道工程为背景,研究了其浅埋大跨段掘进爆破的地表震动效应及大断面开挖减震控制技术,并结合爆破监测数据的回归分析,确立了地震波垂向衰减规律的数学模型。综合分析地表及洞内地震波的震动特性发现,地表质点振动主振频率主要集中在低频段;由于表土的滤波作用,主振频率随距离的增加而减小的趋势并不明显;洞内混凝土衬砌减弱了爆破对围岩的冲击,高频地震波衰减极快;开挖区上部的地表振速通常大于未开挖区的振速,浅埋大跨隧道爆破安全控制应以已开挖区顶部的地表振速为准。     

凹形地貌对爆破振动波传播影响的数值模拟

应用UDEC程序模拟了爆破振动波在凹形地貌中的传播特征,并与广东岭澳核电站2期基础爆破开挖现场监测结果进行了对比。对比分析结果表明,数值模拟结果与现场监测结果较为吻合。研究结果还揭示,凹形地貌对爆破振动波具有明显的衰减作用,质点水平向振动速度的衰减幅度大于质点垂直向。同时,衰减系数随凹形地貌深度、宽度的增加而增加,但随宽度增加的幅度较小。另外,爆破振动波的衰减系数随爆源距增加而减小,随最大段药量的增大而增大。     

南京地面轨道交通运行引起的大地环境振动预测研究

城市轨道交通造成环境的振动“污染”不容忽视。通过现场测试和理论分析,得到南京地面轨道交通运行引起的大地竖向振动加速度幅值、频率随距离轨道中心线不同位置的衰减规律,即随着与轨道水平距离的增加,大地竖向振动加速度幅值总的趋势表现为逐渐减弱,但在距离轨道中心线20～30 m之间振动幅值有所反弹;振动加速度的频率集中在0～ 100 Hz,最大值出现在30～80 Hz左右,随着与轨道水平距离的增加,各频率的振动信号分量总的趋势是减弱,且频率愈高衰减愈快。基于“北京交通大学”预测公式,建立包含受振点距离、地基土性质、列车速度3个参数的南京地面轨道交通运行引起大地振动的预测模型,与实测数据相比,吻合较好。     

近距离交叉隧洞爆破对既有隧道的振动影响

结合南山下隧洞下穿温福客运专线钱仓山隧道工程,实时监测近距离交叉隧洞爆破施工对既有隧道的振动影响。实测结果表明,（1）迎爆面位置影响既有隧道断面的爆破振动速度分布;震源距离测点大于30 m时,距离是爆破振动的主要影响因素;震源距离测点小于30 m时,主要影响因素则为装药量与距离。（2）岩体越坚硬完整,爆破振动波传播衰减越慢。采用导洞先行预留光面爆破、导洞爆破掏槽眼和周边眼及底板眼分开起爆、控制最大段装药量等措施,可有效地降低爆破振动影响,控制其对钱仓山隧道的影响,对类似工程有借鉴作用。     

悬索桥隧道式锚碇和下穿公路隧道相互作用机制研究

结合矮寨悬索桥的工程实践,采用MIDAS/GTS对茶洞岸锚碇和下穿公路隧道之间的相互作用机制进行研究。研究表明,开挖阶段锚-隧相互作用程度具有不对等性,即锚-隧影响大于隧-锚影响。在设计大缆拉力荷载作用下,下穿隧道的存在明显地改变了锚碇附近围岩的位移分布,导致锚碇附近围岩节点位移曲线发生整体下沉、旋转,并产生最大达0.76 mm的竖向附加位移。锚碇附近围岩竖向位移受下穿隧道影响较为显著,而水平向位移受影响相对较弱。对于锚碇隧道而言,下穿隧道单次爆破引起振动较小,距离爆心40 m范围以外围岩质点峰值振动速度小于2 cm/s,与实测资料吻合。工程项目现场的爆破振动监测及围岩波速测试成果显示：下穿隧道爆破掘进对40 m以外围岩的振动效应可以忽略。     

桩井爆破振动在邻近边坡产生的特殊效应

为研究桩井爆破地震波在邻近自然边坡传播规律,对桩井开挖爆破振动速度进行了现场测试。在邻近桩井的台阶坡脚及边缘各布置一个测点。测试结果表明,位于台阶边缘测点的径向、垂向振动速度及主频率较位于坡脚处的测点存在增大趋势,出现了坡面效应;切向振动速度及主频率存在减小的趋势,说明爆破地震波的速度及频率变化具有一致性,且爆破地震波的放大效应具有方向性,以垂向为主。坡面效应合理地解释了爆破地震波在台阶边缘的振速放大效应,同时通过“鞭梢效应”对爆破地震波频率的分析,验证了坡面效应的合理性。     

差分法计算地震动旋转分量

旋转地震学是一门研究由地震、爆破以及工程振动等引起的地球介质运动的新兴学科.旋转运动的研究由来已久,但是由于缺少高精度的旋转分量地震仪,所以旋转运动的研究大多仅限于理论方面.差分法作为利用平动分量获取旋转分量的一种计算方法,在理论研究方面较为成熟,但是缺乏实际数据的验证.通过在对旋转运动研究现状充分调研的基础上,利用模...