水平光面爆破激发地震波的成分及衰减特征

借助极化偏振分析方法,针对一组现场爆破实验,分析了水平光面爆破激发地震波的成分构成及特性,比较了不同波的衰减特征及各自对爆破振动的影响,并探讨了水平光面爆破的内在力学机理。结果表明,爆破振动中不同波的相对量值及主导波的类型均会随测点位置的改变而变化,爆源特性和沿传播路径的不同衰减共同决定波的成分构成及演化,各测点的优势振动方向也与波的成分构成密切相关。对于水平光面爆破,在光爆孔平面上,P波的影响可忽略,S波主要在竖直向振动,R波对水平及竖直向的振动均有贡献,其中水平向的振动主要由R波引起,而S波的竖直向振速在近区远高于R波,但归因于S和R波的不同衰减,R波在距离爆源22.5 m/kg^1/2(58~67 m)处开始主导竖直向的振动;在光爆孔平面外,P波的影响不可忽略,且在特定位置会成为优势波型。     

基于实测爆破振动计算岩体介质P波品质因子

爆破地震波传播衰减研究对爆破振动预测及安全控制有着重要的指导意义。针对爆破振动实测信号,结合P波、S波的初至识别结果,计算P波、S波在岩体中的传播速度及P波的上升时间,进一步得出岩体介质P波品质因子。结合现场实测振动数据,计算丰宁抽水蓄能电站及舟山绿色石化基地试验区域内岩体介质P波品质因子,计算结果分别为19.02和14.07。结果表明,通过实测地表爆破振动计算得到的P波品质因子远小于经验公式的计算值及一般原岩的品质因子,说明地表疏松层对爆破地震波的传播衰减有较大影响。     

小净距隧道爆破振动危害的主动控制研究

为了研究小净距下复线隧道的施工爆破对既有隧道的影响并采取合理的主动控制,采用LS-DYNA动力有限元软件建立了不同净间距时新建隧道和既有隧道的数值模型。将测点峰值振速作为判据,得到了小净距下新建隧道爆破施工时既有隧道的振速测点布置方案及相应的爆破药量优选方案:既有隧道振速测点应布置在迎爆侧边墙距地面1.2m处;随两隧道净间距L的不断减小,应分别在L为9m、8m、7m时合理降低爆破装药量,相应的爆破炸药量建议值分别为48kg、30kg、24kg。数值试验和实测数据对比分析结果表明:在两隧道净间距L从11.9m逐渐减小为6.6m的过程中,既有线实测质点峰值振速与数值分析结果的变化趋势基本一致;合理有效地控制爆破药量,是降低既有隧道爆破振动响应、保证其安全运营的关键。研究所得结论可用于指导小净距条件下新建隧道的爆破施工,实现爆破振动效应危害的主动控制。     

隧道爆破近区振动的预测方法

将比例距离的概念应用于隧道爆破振动分区中,以速度衰减曲线斜率的大小作为分区计算的依据。在此基础上,提出采用BP小波神经网络的方法预测爆破近区振速,以棋盘山隧道实测数据验证模型的可行性。结合泉厦高速公路大坪山隧道工程实例,对临近既有隧道形式的隧道爆破地震波传播规律进行分析,并对近区振速进行预测。分析表明:（1）在无实测值时,隧道爆破分区可按比例距离大致划分为:比例距离 < 5.0为爆破近区;5.0≤比例距离≤9.0为爆破中区;比例距离 > 9.0为爆破远区。（2）BP小波神经网络爆破近区预测模型不仅适用于新建分离式隧道,也适用于临近既有隧道的新建小净距隧道。研究成果对复杂环境下的隧道钻爆施工具有一定的指导意义。     

三峡工程基岩爆破振动特性的试验研究

以三峡工程坝基岩体开挖爆破为背景 ,在弱风化花岗岩底板内进行了 6次现场爆破试验 ,测量出距爆源不等距离处的 36组地震波形。通过频域与统计分析发现 ,岩石质点振动主频率与药量、距离成反比关系 ;地震波作用时间与爆破药量成正比关系 ,而与距离成反比关系。应用神经网络理论建立的基于爆破地震效应先验知识的网络模型 (PKFN)能很好地描述爆破地震波的衰减规律 ,其计算平均相对误差仅为 3 .5 %。用地震层析成象方法 (CT)较准确地测定出了岩体爆破松裂区边界 ,并结合PKFN模型得到了三峡工程坝基岩体的临界质点振动速度范围 13 .816 .6cm/s。     

基于小波包能量谱爆炸参量对爆破振动信号能量分布的影响

基于现场实测爆破振动数据,根据爆破振动信号具有短时非平稳的特点,采用小波包分析技术对不同爆炸参量(爆心距、最大段药量和微差雷管段数)下产生的爆破振动信号进行小波包能量谱分析,获得了爆破振动信号不同频带的能量分布,研究了不同爆炸参量下的爆破振动信号能量分布特征,从爆破振动信号能量角度探讨了不同爆炸参量下爆破地震波的衰减规律,为研究爆破地震效应提供了一种新的分析技术。     

小净距下穿铁路隧道爆破震动的响应研究

新建翠华山隧道与既有线小峪隧道垂直净间距仅为8m,复线隧道钻爆施工将影响既有隧道的结构安全。为保证既有线的安全运营,本文采用 ANSYS/LS-DYNA 软件建立了隧道的有限元模型,数值分析了下穿铁路隧道爆破施工时隧道间水平距离 L 为-6m～19m 时既有线的动力响应。结合既有线振动速度的实测数据,采用质点振速判据评估了下穿隧道爆破施工时既有线结构的安全性,保障了下穿隧道施工时既有隧道的运营安全。数值模拟结果分析表明：未出现新的自由面之前、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距 L 从19m 减小到10m 时,数值模拟所得峰值振速由10.5cm/s 增大到12.0cm/s;出现新的自由面之后、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距 L 从10m 变为5m 时,数值模拟所得峰值振速由12.0cm/s 减小到10.2cm/s,其后迅速衰减。因此,隧道爆破施工中可人为地创造自由面以降低爆破震动效应的危害。同时,既有线隧道迎爆面测点竖向振动速度较大,是爆破震动效应控制的薄弱部位,施工过程中应加强该部位的监控量测。     

小净距下穿铁路隧道爆破震动的响应研究

新建翠华山隧道与既有线小峪隧道垂直净间距仅为8m,复线隧道钻爆施工将影响既有隧道的结构安全。为保证既有线的安全运营,本文采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了隧道的有限元模型,数值分析了下穿铁路隧道爆破施工时隧道间水平距离L为-6m～19m时既有线的动力响应。结合既有线振动速度的实测数据,采用质点振速判据评估了下穿隧道爆破施工时既有线结构的安全性,保障了下穿隧道施工时既有隧道的运营安全。数值模拟结果分析表明:未出现新的自由面之前、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距L从19m减小到10m时,数值模拟所得峰值振速由10.5cm/s增大到12.0cm/s;出现新的自由面之后、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距L从10m变为5m时,数值模拟所得峰值振速由12.0cm/s减小到10.2cm/s,其后迅速衰减。因此,隧道爆破施工中可人为地创造自由面以降低爆破震动效应的危害。同时,既有线隧道迎爆面测点竖向振动速度较大,是爆破震动效应控制的薄弱部位,施工过程中应加强该部位的监控量测。     

爆破地震信号的分形盒维数值分析

在岩石场地进行了单段深孔爆破试验,获得了具有该场地特征的爆破地震波传播规律。从理论上推导了爆破地震波振动强度衰减系数K和与分形盒维数D以及盒维数计算中-lg(k) lgNk的双对数拟合直线方程参数b的关系。采用了适用于爆破地震波曲线双尺度特征的矩形盒模型计算了爆破地震波的盒维数D。数据分析表明:在同一场地条件下,爆破地震波的盒维数比较稳定,且爆破地震波振动强度的场地衰减指数与D为两倍的关系;药量和距离对盒维数拟合直线方程参数b的影响明显,且其关系与场地衰减指数对爆破地震波峰值强度的作用相近。通过数据分析,获得了参数b与爆破地震波振动峰值A的关系式:b=0.689lgA+3.0669,其相关系数为0.93。     

隧道掘进爆破振动对地表影响的小波包分析

基于现场实测隧道掘进爆破振动信号数据,采用小波包分析技术对振动信号进行小波包能量谱分析,得到爆破振动信号能量在各频带上的分布。通过比较各点分析结果可以发现隧道掘进爆破地震波能量主要集中在切向与径向。在沿隧道掘进方向随着与掌子面之间距离的增大地震波的主频下降,能量主要集中频带也越来越窄,并且向低频带发展;而在垂向上地震波主频随着埋深的减小而减小,同时地震波的能量主要集中频带也越来越窄并且向低频带发展。最后从能量的角度探讨隧道掘进爆破地震波沿各个方向的衰减规律。     

50t科学爆破振动的衰减特征及地形效应

对药量达50t的科学爆破开展了流动强震观测,包括爆破振动的衰减观测和地形效应观测。在分 析此次爆破强震记录的基础上,利用萨道夫斯基公式分析了垂直向峰值速度和加速度的衰减规律,爆破地区 为中等强度的层状岩石且当地地形沟壑纵横是此次振动能量衰减较快的原因。通过离散小波变换分析(db8 小波基函数)得到了此次爆破振动能量的时频分布规律,随着爆心距的增大,爆破振动能量集中的频率减小而 振动的持续时间则相对增加。根据中国地震烈度表,在近爆心区振动烈度可以达到Ⅶ度,然而相对于天然地 震的烈度衰减,爆破振动烈度的衰减较快。通过比较一个高14m 山包的不同位置的强震记录,分析了此次 爆破振动的地形效应。由于山包的聚焦效应,山顶的加速度峰值是山脚的2.4倍,且地形效应对某频率段内 的振动有选择的放大,该频率段与山包的大小和高度有关。振动轨迹图显示,随着高度的增加,山体的侧向摆 动和转动逐渐增强。     

爆破扰动下邻近层状围岩隧道的稳定性与振速阈值

爆炸荷载下邻近既有层状围岩隧道的迎爆侧易发生开裂、破坏,确保既有隧道围岩在爆破扰动下的安全是隧道近接施工中的关键问题。基于弹性力学和结构力学原理,建立了既有层状围岩隧道迎爆侧最危险点的简化力学模型,得到了最危险点的应力计算表达式,分析了隧道半径与岩层厚度的比值、岩层的倾角、岩层所对应的圆心角和隧道埋深等因素对既有隧道围岩稳定性的影响规律,并依据岩体最大拉应力判据确定了既有层状隧道围岩稳定的质点临界振动速度,结合地震波传播时的衰减规律,可以得出爆破施工时的最大单响药量,从而为隧道近接爆破动力扰动施工提供理论依据。     

自由面数量对水下钻孔爆破振动信号能量分布及衰减规律的影响

针对自由面不仅影响爆破效果还影响爆破振动效应的问题,提出从能量角度探索自由面对水下爆破振动衰减规律的影响。以三峡大坝至葛洲坝水利枢纽河段水下钻孔爆破地震波现场监测数据为基础,结合SPH-FEM数值模拟技术和小波时频能量分析方法,对不同自由面数量的爆破振动信号的总能量、各频带间的能量分布特征及振动衰减规律进行了研究。结果表明:水下钻孔爆破具有低主频、短持时、快衰减的特点,爆破主频带主要集中在15.625～31.250 Hz;受单一自由面限制的水下开槽爆破,监测信号的爆炸能量主要以振动形式消耗,单自由面比振动能为13.14 mm2/(kg·s2),随着后续开挖爆破自由面数量的增加,双自由面和三自由面的比振动能分别降低至1.36和0.28 mm2/(kg·s2),频带质点峰值振动速度分别降低65%和37%,能量更多用于破碎和抛掷岩体,水下爆破振动主频由低频向高频带（31.25～62.50 Hz）发展。因此,在水下控制爆破设计时,需要考虑自由面数量对振动能量分布和衰减规律的影响,并利用这个特征,确定各段的控制药量,减少对周边建构物的共振危害。     

基于小波包技术的爆破地震波特征提取及预报

在微风化花岗岩石场地进行了孔径为76mm、孔深为5m的单孔和单段多孔爆破实验研究,获得了该类场地爆破地震波加速度衰减规律,加速度衰减系数为k=3698,=2.046,并研究了该场地基频特征。运用了小波包技术对爆破地震波测试信号特征量提取,分析了试验所测爆破地震波不同频带下小波包系数的衰减规律。在此基础上建立了基于不同频带小波包系数的爆破地震波预报模型,该模型在爆破地震波波形、峰值及频率预报方面均具有较高的准确度。     

台阶地形爆破振动放大与衰减效应研究

基于台阶地形爆破振动数值模拟与边坡振动监测实验，研究台阶地形爆破振动速度在传播过程中高程放大效应的产生及变化规律。结果表明，单个台阶坡顶质点的振动速度放大效应是在距爆源一定距离、达到一定高差的条件下产生的；坡顶质点振动速度放大倍数并不随台阶高度的增加而单调增加，在台阶高度超过某一临界值后，放大倍数随台阶高度的增加而减小。台阶高程对爆破振动速度既有放大作用，同时也随高度的增加产生衰减作用。根据模拟计算及现场观测数据分析结果，给出了台阶地形爆破振动速度预测模型，该模型为类似边坡工程的爆破地震波传播规律研究提供一定的参考。     

立井冻土爆破冻结管振动力学响应研究

以赵固二矿西风井冻结爆破掘进施工为背景,对爆破作用下冻结管的振动力学响应进行了研究.依据爆炸应力波理论,分析了考虑P波垂直入射时冻结管的力学响应机制.采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟了冻结管受爆炸作用下的振动响应规律:振动波入射冻结管同一截面各测点振动速度相差不大,背爆侧振动速度最大,与P波入射成45°...     

分段爆破地震强度的试验研究

在爆破实验中,通过调整段数、分段炸药量、炸药总量、间隔时间、孔网参数、岩石波阻等爆破相关因素,以改变各分段爆破地震波持续时间、段别间爆破地震波重叠程度来研究爆破地震强度与爆破相关因素间的相互关系。阐明了爆破地震波传播规律及其破坏行为特征,以及各个爆破相关因素对爆破地震强度的影响程度。获得了确定段数等爆破参数的规则,从而为生产实践设计最佳爆破参数提供理论依据。     

顺层岩质边坡爆破的振动控制及损伤特性

为了更好地了解顺层岩质边坡爆破开挖时振动速度的传播规律以及坡体的损伤程度,以云南省普宣高速公路顺层边坡爆破开挖为工程背景,利用声波测试结合监测点振动速度的方法,获取坡体不同深度的声速变化及不同位置的振动速度,分析不同药量下单次和多次爆破的坡体损伤范围以及振动速度的衰减规律。研究表明,爆破区任意点的振动速度与损伤深度存在对应关系:对单次爆破,振动速度与损伤深度呈线性关系,而对多次爆破,振动速度与损伤深度呈非线性关系;以声速降低率10%作为损伤界限,并作为爆破控制时,单次爆破对应的临界振动速度为11.54 cm/s,损伤半径为5.57 m;,基于首次爆破的多次爆破临界振动速度为24.20 cm/s,最大损伤半径为7.56 m,并由萨道夫基公式得到2种方式的最大起爆药量。     

下穿铁路隧道爆破振动衰减规律研究

基于Heelan短柱药包理论,引入等效作用半径的概念,得到内部瞬时激励荷载作用下爆破峰值振动速度的衰减模型方程,并通过量纲分析进行验证。结合下穿隧道爆破工程,研究不同雷管段位及不同炮孔类型对应的爆破峰值振动速度的衰减规律。此外,讨论球形装药、柱状装药条件下改进公式的药量形式表达式,结果显示,利用等效作用半径作为拟合参考变量可以综合考虑不同雷管段位及不同炮孔类型对爆破振动规律的影响。统计数据表明,利用改进公式得到的拟合效果最优,可以为类似隧道爆破振动研究提供参考。     

隧道爆破声波对毗邻养殖水中声场环境的影响

以福建省罗源县正在建设的龟屿隧道爆破工程为例,分析了隧道爆破地震波的传播规律和对毗邻大黄鱼育苗池的水中声场环境的影响.研究结果表明:(1)爆破作业将显著地增加毗邻大黄鱼育苗池的水中声强(比未爆破前的水中声强高约60～80 dB),强度的增加与爆破药量成正比,与爆点的距离成反比,且距离的影响远大于爆破药量的影响;(2)在...