深部地层地应力水平与爆破振动频率特征的相关性

不同的地应力水平对深部岩体爆破振动的频率和能量分布具有重要影响。通过对不同地应力水平的深埋隧洞爆破开挖过程中实测围岩振动信号进行快速傅里叶变换,采用功率谱分析方法研究振动信号在不同频带上的能量分布。研究表明,实测爆破振动的低频振动(50 Hz)能量占总振动能量的百分比随应力水平的提高而增加;爆破振动在其频域中除了有一个主振频率外,还存在多个子频带,且各子频带振动的能量与主频带振动能量的差距随应力水平的提高而减小;伴随爆破破岩过程而发生的应变能瞬态释放效应诱发围岩振动的主频一般比爆炸荷载诱发振动的主频低;在50 MPa或更高应力水平下,应变能释放诱发的振动能量与爆炸荷载诱发振动能量大致相当。     

高地应力环境下梯段爆破诱发振动特征的试验研究

采用傅里叶变换和小波变换等方法,对露天梯段爆破与高地应力环境下梯段爆破的实测数据进行对比分析,对高地应力环境下爆破施工所诱发振动的特征进行研究.分析结果表明:在岩性、钻爆参数相近的情况下,高地应力条件下梯段爆破的主频较高,而露天梯段爆破的主频则相对较低;露天梯段爆破诱发的振动主要来源于爆破荷载作用,而高地应力条件下梯段...     

岩巷爆破振动信号的HHT分析与应用

为优化爆破参数,减少对围岩的损伤,以煤矿玄武岩双巷道楔形深孔掏槽爆破的实测爆破振动信号为例,分析对比传统傅里叶变换、小波变换、HHT变换三种变换方法,对爆破地震波信号的时频特性和能量分布特征分析。结果表明:HHT变换能够确保信号被分解后的非平稳性,且自动适应能力较强,分解效率较高。通过HHT变换得到三维图直观展示各分量随时间、频率和能量的分布情况。爆破振动能量主要分布在0.3s¹.0s时间段和01.0s时间段和0⁴00Hz频率段内,频带100Hz400Hz频率段内,频带100Hz²50Hz中爆破振动分量对应的频带能量达到最大。通过分析对比爆破振动信号,得到巷道帮部、底部爆破振动信号的主振方向分别为Y(切向)和Z(垂向)方向。     

岩巷爆破振动信号的HHT分析与应用

为优化爆破参数,减少对围岩的损伤,以煤矿玄武岩双巷道楔形深孔掏槽爆破的实测爆破振动信号为例,分析对比传统傅里叶变换、小波变换、HHT变换三种变换方法,对爆破地震波信号的时频特性和能量分布特征分析。结果表明:HHT变换能够确保信号被分解后的非平稳性,且自动适应能力较强,分解效率较高。通过HHT变换得到三维图直观展示各分量随时间、频率和能量的分布情况。爆破振动能量主要分布在0.3s~1.0s时间段和0~400Hz频率段内,频带100Hz~250Hz中爆破振动分量对应的频带能量达到最大。通过分析对比爆破振动信号,得到巷道帮部、底部爆破振动信号的主振方向分别为Y(切向)和Z(垂向)方向。     

爆破参量对爆破振动信号能量分布特征影响的研究

为从能量分布角度研究爆破振动信号以控制爆破地震危害,利用小波包技术对比分析了单段和多段微差爆破、单段有无临空面等不同爆破条件下监测到的爆破振动信号各频带上的能量分布特性,研究结果表明:爆破振动信号能量集中分布在200 Hz以下的主振频带附近,主振频带又可分为几个子振带;爆破振动信号中高频(90～125 Hz)成分的衰减快于低频(0～75 Hz)成分;单段爆破条件下振动信号在低频带上的能量分布要高于多段微差爆破时振动信号在该频带上的能量分布;当炮孔有临空面时,炸药爆炸后穿过岩石粉碎区并以地震波形式传播的能量会减小;单段爆破时,药量的增加会导致振动信号总能量的明显增加,但对于各频带能量分布规律的影响并不明显。     

地下洞室爆破开挖诱发围岩损伤特性及PPV阈值研究

地下洞室爆破开挖产生的围岩损伤主要由爆破荷载和地应力重分布共同作用引起。针对圆形隧洞全断面毫秒延迟爆破开挖过程,采用LS-DYNA有限元数值模拟研究了不同地应力水平下爆破开挖诱发围岩损伤的机理及爆破损伤PPV阈值变化规律。研究表明:地应力对爆破荷载产生的张拉损伤起抑制作用,高地应力条件下,爆破荷载产生的岩体损伤仅限于围岩表层,地应力重分布引起的岩体压剪破坏是围岩中大范围损伤区形成的主要原因;爆破过程中开挖面上地应力瞬态释放所产生的附加动应力也是影响围岩损伤的重要因素,相比于准静态卸荷,地应力瞬态卸荷产生的围岩损伤范围更大;随着地应力水平的提高,岩体爆破损伤的PPV阈值呈先增大后减小的变化趋势,地下洞室爆破安全振动控制标准应考虑地应力状态的影响。     

基于小波包技术地铁隧道分区爆破振动特性研究EI北大核心CSCD

小波包分析技术被广泛应用于爆破振动信号的幅频特性研究,其有助于分析爆破振动的传播规律与控制。该研究依托青岛地铁交叠隧道工程分区爆破振动试验,获得了现场爆破振动监测数据,并采用小波包技术对爆破振动信号的频率、能量分布特征进行了研究。研究表明:自由面个数、已(未)开挖区等因素导致爆破振动特性的差异性。掏槽区爆破主振频率相对辅助区较小。爆破工作面前方(即隧道未开挖段)主频带随着水平距离的增加总体向高频移动,高频能量比重增加。而在工作面后方,主频带随着水平距离的增加总体向低频移动,低频能量比重增加。辅助区与掏槽区爆破振动能量随距离变化趋势基本一致,但是能量随距离的衰减速率不同。该研究结合频率与能量因素,对既有隧道的安全保护提出建设性意见,以期保证隧道的安全稳定。     

爆破地震荷载作用下建筑结构的动力响应分析

建筑结构在爆破地震荷载作用下的动力响应,是爆破安全设计和建筑物防护的重要依据。以某次爆破工程实测地震波为基准输入参量,采用ANSYS/LS-DYNA构建数值分析模型,分析了4层建筑结构在不同爆破震动速度和主频下的动力响应特性。结果表明:结构的振动速度和位移均随爆破震动速度的增大而增大,结构底部的应力和应变高于上部,结构各部分振动速度随高度的增加具有不同程度的放大作用;爆破震动主频与结构固有频率越接近,结构物的振幅就越大。     

露天边坡爆破地震波能量分布特征研究

为探索爆破地震波在边坡上传播时的能量分布规律,结合露天矿爆破振动监测实例分析,利用小波变换分解及反应谱分析的方法,对不同高程的爆破振动信号在各频带间的能量分布特征进行了研究。结果表明:爆破振动信号的能量主要分布在0～64 Hz,各信号的切向、垂向、径向主振频带不同,水平方向的主振频带几乎都比竖直方向的主振频带低一个频带;随着高程的增加,爆破振动信号能量主要分布频带逐渐变窄,主振频带趋向于低频带;在节理裂隙发育的岩体中,爆破地震波频率成分复杂,相对能量主要分布频带变宽,是由于裂隙发育岩体结构的多振型对其响应的结果。在既定的坡形中,边坡爆破地震波的振动速度与能量存在一定的高程放大效应,频带间能量的放大系数存在差异,主要与不同高程的信号各频带间的相对能量分布特征变化有关;不同的结构体对爆破地震波的选择放大作用不同,相同的结构体对不同传播方向的爆破地震波的选择放大作用也存有差异。     

预裂缝对爆破振动频谱分布特征的影响

预裂孔首先起爆形成贯通预裂缝对随后主爆孔爆破的振动频谱特征和能量分布产生重大影响。依托金沙江白鹤滩水电站左岸坝肩边坡开挖爆破试验,通过对预裂孔爆破和主爆破(主爆孔+缓冲孔)的振动信号进行小波包分析,获得预裂孔爆破和主爆破的功率谱和能量谱。通过对比发现:爆破振动的能量主要集中于40 Hz以内且分布极不均匀,存在多个主振频带。而在同一次爆破试验中,不同测点预裂孔爆破的主振频带比主爆破的主振频带分布更广,主爆破的主振频带集中于低频段,并且主爆破的能量和功率向低频的主振频带集中,反映出预裂孔爆破形成的预裂缝能很好地阻挡主爆破能量的传播,并存在高频滤波效应,频率较高、波长较短的振动应力波被预裂缝过滤,而频率较低、波长较长的应力波能更好地穿透预裂缝。试验结论对揭示预裂缝和对爆破振动传播及其频谱特征变化的影响具有参考价值。     

群孔齐发爆破岩体振动频谱特性研究

基于理论分析推导出群孔等效爆炸荷载的频域表达式,并代入黏性岩体爆破振动速度幅值谱表达式中,得到群孔齐发爆破激发的岩体振动速度幅值谱表达式.针对露天台阶深孔爆破,以正方形布置的四孔爆破作为研究对象,研究群孔齐发爆破岩体振动频率的影响因素及主频衰减机制.结果表明:群孔齐发起爆激发的振动速度幅值谱随爆心距、炮孔间距、单孔药量...     

炮孔近区岩体振动主频及能量的数值模拟

为了控制岩体爆破对保留岩体造成的破坏和损伤,针对炮孔近区爆破振动频率及能量变化问题,利用动力有限元数值模拟方法研究了单孔爆破10 m范围内爆心距、不耦合系数与爆破振动主频及能量的变化规律。结果发现爆破振动主频并不是随着爆心距的增大而单调递减,并且随着不耦合系数的增大同一爆心距位置处的振动主频先增大后减小再增大;爆破振动能量衰减向主频段靠拢并且随不耦合系数的增大变化浮动较小。     

地应力对岩石爆破开裂及爆炸地震波的影响研究

深部岩体爆破开挖是高地应力和炸药爆炸产生的动应力共同作用的结果。采用SPH-FEM耦合数值模拟方法,研究了地应力场对岩石爆破开裂及开裂区外地震波能量的影响。结果表明:随着地应力水平的提高,岩石爆破破碎区的范围缩小、裂纹扩展速度降低,非静水地应力场中破碎区内裂纹主要沿最大主应力方向扩展,但地应力对爆破粉碎区的形成几乎没有影响;地应力作用下爆破开裂区形态改变影响了爆炸地震波的能量及传播特性,随着地应力的增大,更多的炸药爆炸能转化为地震波能量,产生的高频地震波随距离衰减更快,且小主应力方向上的爆炸地震波能量更大。研究成果可为深部岩体爆破优化设计提供理论参考。     

全断面开挖爆破产生的自由面对振动频率的影响研究

通过对爆破试验中处于不同自由面条件下的炮孔爆破产生的振动信号进行频谱分析,并结合爆破振动数值模拟,研究了地下洞室全断面毫秒延迟爆破过程中产生的自由面对振动频率的影响机理及变化规律。结果表明：爆炸荷载产生的压应力波传播至自由面时发生反射,反射稀疏波与原应力波叠加致使远区荷载压力的上升时间和持续作用时间变短,造成荷载的频率变大,从而导致有自由面条件下其振动频率增大、高频振动能量占总能量的比重增加;爆源与自由面之间的距离越小,爆破振动频率越高;从振动频率的角度来看,较好的自由面条件可以减小爆破振动对结构的破坏。试验监测结果验证了分析结论的可靠性。     

单段爆破振动信号频带能量分布特征的小波包分析

爆破振动分析是研究爆破振动危害控制的基础,也是控制爆破振动危害的前提。根据爆破振动信号具有短时非平稳的特点,利用小波包分析技术对满足分析要求的单段微差爆破振动信号的能量分布特征进行研究。首先,简略地介绍了小波变换与小波包分析的特点。其次,基于MATLAB对单段爆破振动信号进行小波包分析,得到了爆破振动信号在不同频带上的能量分布图。最后,总结了单段爆破振动信号频带能量的分布特征。结果表明,在单段爆破中,爆破震动信号成分主要以中高频(39Hz~156Hz)为主,低频成分(39Hz以下)所占比例极少。     

大直径深孔采矿爆破震动对凿岩巷道围岩稳定性影响研究

为了研究矿山采用大直径深孔爆破方案采矿作业中爆破震动对凿岩巷道囤岩的影响,以实测爆破震动荷栽为依据,用FLAC3D3.0版作为基本计算工具,从采矿巷道的应力场和变形场的研究着手,研究在爆破震动荷载作用下凿岩巷道的固岩应力场、变形场和塑性区的状况及其变化特征,最终分析得出大直径深孔爆破震动荷载对凿岩巷道囤岩的影响.模拟过程中,相应监测点的变化过程体现了爆破震动对围岩影响的特点.     

岩体结构面对爆破地震波传播规律影响分析

为探索岩体结构面对爆破振动速度峰值、主频和信号中的能量分布等的影响,在钻沟石灰石露天矿爆破生产现场进行爆破振动测试。分别采用小波包分析和ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件对结构面影响下的爆破振动信号和爆破振动传播规律进行分析研究。小波包分析结果表明,当地震波穿过结构面时,爆破振动频率介于0~15.6 Hz之间的能量占爆破地震波能量比例随之增加,增幅达63.1%,而振动频率介于15.7~31.3 Hz之间的能量比例随之降低,降幅达56.9%。数值模拟结果表明,爆破地震波在未穿过结构面之前和穿过结构面后,振速峰值没有明显的衰减;而穿过结构面时,振速峰值衰减明显,其平均减震率为40.66%。此外,地震波在坡体内受高程和结构面双重作用,导致其放大系数呈先增大后减小的趋势。     

爆破振动主频衰减公式研究

从无限弹性岩体中球形空腔受动内压作用激发弹性波的解析解出发,结合爆破振动频率衰减规律的量纲分析,推导出球形药包激发爆破振动主频的衰减公式。在此基础上,利用钻孔爆破中装药量与直径的关系,结合岩体破碎范围、台阶高度和抵抗线间关系等的讨论,论证了基于球形药包推导的爆破振动频率衰减公式适用钻孔爆破的可行性。结合球形药包爆破振动模拟和某次单孔爆破振动主频实测资料的拟合分析,验证了建议频率衰减公式的有效性。