爆破地震波在岩石介质中传播特性与数值计算研究

通过从不同角度对大量的深孔爆破地震动测试数据的分析 ,得到了岩石中爆破地震波传播的频率、幅值和持续时间等主要参数的变化规律以及它们的影响因素 ,并通过二元回归法 ,拟合出计算爆破地震波加速度幅值的经验公式。在此基础上 ,建立了爆破地震波传播过程的计算模型 ,编制了有限元计算程序。数值模拟仅考虑弹性区域 ,爆炸波对岩石介质的作用经粉碎区、破裂区衰减后成为输入荷载。计算结果与实测结果基本相符 ,证明该模型与方法可用于一般岩石介质中爆破地震波传播的数值模拟。研究结果为深孔爆破地震控制措施的制订提供了依据 ,对其它类似问题的研究也有一定的参考作用     

地下结构及其围岩爆破地震效应

基于地下结构及其围岩的爆破震动监测,通过峰值质点振动速度及其主振动频率分析,阐述了围岩介质体中爆破地震波的传播规律,以及地下结构与围岩爆破地震效应;并就爆破震动观测结果进行了分析探讨。文中给出了比例药量与距离条件下的峰值质点振动速度衰减经验公式,分析了它们之间的关系,结果显示爆破近区的爆破地震波衰减速度要明显大于较远区域,爆破引起的质点振动速度主频集中在15~75Hz,以45Hz最为集中。峰值质点振动速度及其主频与爆破规模与爆心距密切相关,爆破地震波的衰减受传播介质体本身的物理几何特性影响很大。     

地下结构及其围岩爆破地震效应

基于地下结构及其围岩的爆破震动监测,通过峰值质点振动速度及其主振动频率分析,阐述了围岩介质体中爆破地震波的传播规律,以及地下结构与围岩爆破地震效应;并就爆破震动观测结果进行了分析探讨。文中给出了比例药量与距离条件下的峰值质点振动速度衰减经验公式,分析了它们之间的关系,结果显示爆破近区的爆破地震波衰减速度要明显大于较远区域,爆破引起的质点振动速度主频集中在15⁷5Hz,以45Hz最为集中。峰值质点振动速度及其主频与爆破规模与爆心距密切相关,爆破地震波的衰减受传播介质体本身的物理几何特性影响很大。     

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、单孔药量的增大,频谱结构由高频向低频偏移,其中随爆心距或炮孔间距的增大,爆破振动主频呈现出明显的衰减,且爆炸荷载的上升时间及下降时间直接影响爆破振动频谱的成分比例。对比三种典型岩石参数条件下的爆破振动主频衰减规律,发现主频与岩体弹性模量及纵波波速成正比,而主频衰减速度与岩体弹性模量及纵波波速成反比,其中锦屏大理岩中爆破激发的振动频率较小,且主频衰减速度最快。     

传播介质特性对爆破震动信号分析中小波包时频特征的影响

传播介质是指爆破震动赖以向外传播的地层介质 ,其基本特征是影响爆破震动时频分布的主要因素之一。当传播介质中有爆破震动通过时 ,其动态响应将会因其原地结构的不同而在响应持续时间、频谱、响应的衰减等特征方面均有较大差异。本文利用岩体 (岩土混合体 )基本质量指标BQ值以及完整性系数Kv 来量化传播介质特性。通过对不同岩层地质条件下产生的爆破震动进行小波包分析 ,探讨了传播介质特性量化参数与爆破震动时频分布之间的关系。研究中发现 ,传播介质特性对单段波形小波包细节信号的主振频带分布、峰值质点振速及衰减阻尼比等时频特征参数均有较大影响 ,其中主振频带分布范围随着传播介质的完整性系数Kv 值减小而增大 ,优势频率值随完整性系数Kv 值减小而增加 ,而峰值质点振速及衰减阻尼比与完整性系数Kv 值之间的规律性不强     

深孔台阶爆破振动模拟中的等效荷载施加边界比较

针对露天深孔台阶爆破,利用ANSYS/LS—DYNA动力有限元软件,采用将等效荷载施加在炮孔周边的弹性边界上和施加在开挖轮廓面上这2种等效模拟方法模拟爆破振动。对于荷载施加在炮孔周边弹性边界的情况,进行整段装药和分段装药的比较,研究发现,由于爆轰波的传播对爆破近区的影响较大,分段装药情况下振动幅值随爆心距衰减较快。对等效荷载施加在开挖轮廓面的3种加载情况(加后冲向荷载,加后冲向和侧向荷载,加后冲向、侧向和底面荷载)进行了比较,3种情况下得到的振动衰减规律相同。在爆破中远区,2种等效模拟方法对应的振动幅值和衰减系数大致相同,故将荷载直接等效到开挖轮廓面代替荷载施加在炮孔周边弹性边界的处理是可行的。     

特殊地形条件下爆破挤淤震动效应测试与分析

结合特殊地形条件下爆破挤淤工程实例,进行了爆破地震效应测试与分析。结果表明：实测质点震动速度控制在规范要求的安全限度以内,拟合得到的质点震动速度衰减规律与规范提供的经验公式基本相同;爆破挤淤产生的地震波的主振频率较低,说明传播介质对地震波起到了很大的抑制作用,测点处获得的地震波高频成分衰减很快,以低频为主要成分。爆区周围建筑设施自振频率一般在10Hz以下,为避免发生共振破坏,严格控制爆破质点震动速度和加强监测是有必要的。     

多维爆破地震动作用下框架结构动态响应有限元时程分析

爆破震动的幅值、频率与持续时间是结构爆破震动响应与破坏的重要参数,爆破安全规程规定地面建筑物的爆破震动判据采用质点峰值震动速度和主震频率,但没有指明是三向速度的合速度还是单向速度,给爆破震动判据应用带来不便。文中采用有限元时程分析讨论了不同爆破震动频率速度荷载作用下结构的动态响应,指出在较高频率的爆破震动荷载作用下,框架结构对竖直向地震波响应较大,易在竖直向地震波作用下产生破坏,并可以将三维爆破震动中最大震动速度幅值作为爆破震动安全标准值;在较低频率的爆破地震荷载作用下,震动的水平荷载引起结构的破坏是主要的,应考虑水平最大荷载的爆破震动安全标准值。即结构抗震的安全标准在高频时以垂直荷载速度峰值为准;在低频时以水平荷载速度峰值为准。     

爆破地震波穿越不同介质结构面的衰减效应

为探索爆破地震波穿越不同充填介质结构面的振动速度、频率和能量分布的衰减规律,采用混凝土边坡相似模型进行爆破振动试验。通过分析爆破地震波的峰值振动速度、边际能量谱和各频带能量百分比,获得了爆破地震波穿越无结构面与结构面充填泥、细沙、水和空气的衰减规律。结果表明:当充填介质波阻抗越小,地震波的峰值能量和峰值振动速度衰减越快,频率上表现出高频滤波作用越强,在频带间能量分布变窄,主频带有往低频带0～20 Hz聚集的趋势;值得注意的是,当水作为充填介质时,不仅水的波阻抗会影响地震波的衰减,而且水的微压缩连续性也会使峰值能量和峰值振动速度衰减更慢,能量在频带间分布更广,水的流动性则会造成爆破地震波的主频带在各传播方向上分布不一。在相同充填介质条件下,随着结构面倾角增大,峰值振动速度在各传播方向上均减小。     

爆破地震波穿越不同介质结构面的衰减效应

为探索爆破地震波穿越不同充填介质结构面的振动速度、频率和能量分布的衰减规律,采用混凝土边坡相似模型进行爆破振动试验。通过分析爆破地震波的峰值振动速度、边际能量谱和各频带能量百分比,获得了爆破地震波穿越无结构面与结构面充填泥、细沙、水和空气的衰减规律。结果表明:当充填介质波阻抗越小,地震波的峰值能量和峰值振动速度衰减越快,频率上表现出高频滤波作用越强,在频带间能量分布变窄,主频带有往低频带0~20 Hz聚集的趋势;值得注意的是,当水作为充填介质时,不仅水的波阻抗会影响地震波的衰减,而且水的微压缩连续性也会使峰值能量和峰值振动速度衰减更慢,能量在频带间分布更广,水的流动性则会造成爆破地震波的主频带在各传播方向上分布不一。在相同充填介质条件下,随着结构面倾角增大,峰值振动速度在各传播方向上均减小。     

爆破地震波对结构体受振响应幅值的影响分析

结构体受振破坏程度与结构体的受振响应幅值成正比,为研究爆破地震波对结构体受振响应幅值的影响,建立了结构体受振响应的微分方程。通过方程推导分析表明:结构体受振响应的幅值不仅与爆破地震波的幅值和频率有关,还与爆破地震波的持续时间有关,结构体在爆破地震波的激励作用下,要想达到稳态的强迫振动需要一个过渡时间段,在这个时间段内,结构体的受振响应幅值随着爆破地震波持续时间的增加而增大。实际工程中应考虑爆破地震波持续时间对结构体受振响应幅值的影响。     

爆源中远区的爆破振动场模拟

通过对爆破地震波传播过程的衰减规律的研究，提出了由典型单孔爆破实测振动波形来确定常规生产爆破情况下，爆源中，远区的爆破振动场的模拟方法；同时，对爆破振动的控制进行了初步探讨。     

工程爆破地震安全问题

本文论及与工程爆破地震安全有关的问题,主要包括瀑破地震动衰减规律、爆破地震动与爆破减震设计、分段爆破与地震动叠加、爆破地震动持续时间等。与安全相关的爆破地震动参数主要包括地震动幅值、频谱和持续时间等。为减小爆破地震的影响,爆破减震设计常采用分没爆破和预裂爆破的方法。分段爆破会产主地震动的叠加,叠加系数直接关系到等效药量的计算。瀑破地震动持续时间与叠加系数的关系甚大,对持续时间的试验与研究对爆破减震设计和工程安全都是有价值的。     

既有临空面对采空区上覆岩体爆破振速场的影响研究

采空区边界条件影响其上覆岩体爆破地震效应。基于弹性波动理论,借助动力有限元算法,研究了采空区临空面、地表自由面及两种边界耦合作用下爆破地震波的传播机制与上覆岩体振速场的空间分布规律,以此为理论依据提出了上覆岩体分区准则。结果表明:采空区临空面改变爆破地震波传播路径,拐点对爆破地震效应具有显著衰减作用,可根据波传播途径拐点数对围岩分区;爆破地震波传播至地表自由面反射,对采空区上覆岩体爆破地震效应具有放大作用。提出将爆破振动作用下采空区上覆岩体的影响范围划分为两区:I区-波直传爆破振动放大区,Ⅱ区-波传播单拐点爆破振动弱衰减区,耦合作用下采空区临空面衰减作用大于地表自由面放大作用。上覆岩体爆破影响分区准则对地下工程爆破设计施工有一定指导意义。     

工程爆破地震安全问题

本文论及与工程爆破地震安全有关的问题，主要包括瀑破地震动衰减规律、爆破地震动与爆破减震设计、分段爆破与地震动叠加、爆破地震动持续时间等。与安全相关的爆破地震动参数主要包括地震动幅值、频谱和持续时间等。为减小爆破地震的影响，爆破减震设计常采用分没爆破和预裂爆破的方法。分段爆破会产主地震动的叠加，叠加系数直接关系到等效药量的计算。瀑破地震动持续时间与叠加系数的关系甚大，对持续时间的试验与研究对爆破减震设计和工程安全都是有价值的。     

基于小波包变换的爆破地震波时频特征提取及分析

为了研究爆破地震波振动分量的传播规律，在微风化花岗岩石场地进行了孔径为76ram，孔深为5mm的单孔和单段多孔爆破试验，获得该场地爆破地震波加速度衰减规律，加速度衰减系数为k=3698，a=2．046，并研究出该场地基频范围为48Hz～74Hz。采用小波包技术对爆破地震波测试信号进行时频特征量提取，分析试验所测得爆破地震波不同频带下小波包系数的衰减规律。在此基础上通过研究场地介质对爆破振动分量的动态响应衰减作用，分析形成爆破地震波多频带特征的机理。     

竖向钻孔爆破激发振动波频率的衰减特征

如何基于频率有效控制爆破地震效应是近年来爆破工程中的热点问题。基于弹性波动理论,借助动力有限元算法,将竖向钻孔爆破中长柱药包等效为多个单元短柱药包迭加,首先了推导Heelan短柱单元激发应力波频域内解析解,根据单元短柱药包解析解的迭加模型,研究了竖向钻孔爆破激发的振动波频率衰减特征。结果表明:高频对应幅值衰减快于低频对应幅值,爆破振动频谱曲线整体向低频方向偏移,由于高低频对应速度幅值衰减速度的差异和速度幅值谱的多峰结构,主频衰减过程中发生突变,如考虑自由面对地震波传播的影响,主频衰减过程中有波动;质心频率的衰减规律相对平滑稳定。爆破振动主频衰减特征研究为基于频率评价爆破振动安全提供了理论依据。     

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。     

挤淤爆破规律及其振动效应研究

为了研究挤淤爆破规律以及爆破地震波的传播特性,结合连云港连云新城示范区填海造地及基础设施建设项目的挤淤爆破工程实例,对挤淤爆破的全过程进行高速摄影录像和爆破地震波监测与分析。高速摄影再现了挤淤爆破过程中"水—淤泥—围堰"系统相互作用的运动过程,有效解释了挤淤爆破过程中预埋石料与淤泥置换的作用机理。利用实测的爆破地震波数据修正与地形地质条件有关的系数K和衰减系数α,获得了适于挤淤爆破过程中计算质点振动速度随距离衰减的Sadovsk计算公式,为有效预测类似工程中爆破地震波的传播规律特征提供了一种方法参考。挤淤爆破过程中测得的爆破地震波主振频率范围在8~50 Hz之内,说明淤泥介质对爆破地震波不同频率成分的传播具有选择性:高频地震波通过淤泥时产生大幅度的衰减,低频地震波通过淤泥后对建(构)筑物造成破坏。     

高架桥爆破拆除塌落震动的测试与分析

为了探究现代城市爆破拆除塌落冲击产生地面震动的传播和衰减规律,对某城市大型高架桥爆破拆除塌落冲击地面振动进行了测试。根据测试数据,得到了地面振动的速度、加速度和主频率等参数,讨论了塌落震动的传播和衰减特点。基于震动衰减理论,对不同距离处的地面振动测试数据进行了计算分析,获得了不同测点处材料的阻尼系数。分析结果表明,在软土地基情况下高架桥的塌落震动主频率为几Hz左右,地面振动的衰减只与材料阻尼系数有关,材料的阻尼系数基本不随低频振动的频率变化,所得衰减规律可以为类似工程提供参考。