围岩压力对爆破信号频域能量分布影响研究

随着金属矿山开采深度进一步加大,上覆岩体引起的高围压极易导致围岩发生片帮冒顶等失稳破坏,目前,所建立的爆破震动效应安全判据均未考虑开挖深度及围岩压力因素。笔者通过对不同围岩压力下巷道围岩的爆破震动效应进行数值模拟,利用小波能量理论在频域范围内分解巷道围岩响应信号,得到响应信号的频带总能量以及在不同频率区间内的能量分布,并得出围岩压力对响应信号频带总能量以及频带能量分布的影响规律。结果表明:围岩压力越大,响应信号的频带总能量越大,且频带总能量的增幅以主频带内能量增幅为主;随着围岩压力增大,次频带内能量向主频带内转移,导致频带能量趋于集中。明确不同围岩压力作用下爆破震动信号频域能量的分布规律,为进一步建立考虑围岩压力因素的爆破震动效应安全判据奠定基础。     

基于小波包能量变异最值指数的RC框架损伤识别

小波包变换可以将振动信号按任意时频分辨率分解到不同频带,而各频带信号的能量变化包含着丰富的损伤信息。结合八层框架模型模拟地震振动台试验结果,对不同工况下的结构加速度时程响应进行小波包分解和重构,得到小波包能量谱。对不同频带下的小波包能量谱进行统计分析,利用小波包能量变异极值指数对框架结构的损伤进行评定。结果表明:损伤程度不同,小波包能量变异极值指数明显不同。因此可将小波包能量变异最值指数作为损伤程度的指标进行损伤识别。     

小波分析在结构损伤检测中的应用

通过一根实测简支梁的振动信号,利用小波包分解技术进行损伤识别研究,识别得到不同频带上的能量比分布,分析了8种损伤工况下的频带上的能量比分布变化,得出了一些初步的结果。     

水下钻孔爆破振动信号的能量分布特征研究

结合武汉新港阳逻集装箱码头水下钻孔爆破工程,通过现场数据监测,针对爆破振动的特征,采用Matlab小波分析软件,对实测爆破振动信号进行能量分析,得到不同频带上爆破振动信号的能量分布。基于小波包频带能量分布,探讨了爆破振动信号各频带振速与能量分布关系。     

单层网壳损伤识别理论与试验研究

结构损伤识别可以归结为结构损伤参数的模式识别问题.对结构响应信号进行小波包分解可以获得各频带的信号能量,将此特征向量作为输入,利用支持向量机强大的模式分类功能,可以实现结构的损伤识别.在环境振动下,对1/10比例的单层网壳模型进行损伤识别试验,将不同的杆件沿径向进行相应程度的截面切割用以模拟不同程度的损伤状态.对不同损伤情况的加速度样本进行三层小波包分解,以相应频带的信号能量作为输入建立支持向量机,利用支持向量机对未训练样本的信号能量进行损伤分类.试验结果表明该方法简便准确,验证了小波包和支持向量机方法用于损失识别的有效性.     

基于小波包分析的建(构)筑物爆破振动安全判据研究

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三要素(振动的强度、频率和持续时间)的作用影响。从结构动力响应角度,探讨了受控建(构)筑物本身的固有特性对爆破振动动态响应的影响,获得了受控建(构)筑物在爆破振动作用下的频带响应系数。首次建立了能考虑爆破振动的强度、频率和持续时间以及受控建(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。     

爆心距对爆破振动信号频带能量分布的影响

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多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,总结了爆破振动信号频带能量的分布规律,重点探讨了爆心距对爆破振动信号频带能量分布的影响。结果表明,爆破震动信号在传播过程中,其主振频带有往低频发展的趋势,且宽度增加。     

基于小波变换的钢筋混凝土框架-剪力墙结构地震损伤分析

为分析地震反应信号在不同频带的能量分布规律,小波变换成为分析非平稳信号的有力工具。基于大型通用有限元软件ABAQUS建立1个8层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构,采用混凝土材料的塑性损伤本构模型和金属材料的经典塑性理论,模拟分析钢筋混凝土多层框架-剪力墙结构的地震损伤发展全过程。利用小波分析对结构不同时段的响应信号在频域内进行分析,讨论了时段响应信号能量在各频带上的分布规律。计算结果表明:随着结构损伤的不断演化,小波能量往低频阶段集中,当低频能量达到饱和时结构达到极限承载能力状态,分析结果与损伤模拟的破坏状态一致。     

基于小波能量的钢丝绳断丝损伤信号处理

提出了利用小波能量作为钢丝绳断丝损伤信号处理的1个特征量．根据Parseval能量积分等式从理论上推导了小波变换系数具有能量的量纲,将小波能量引入钢丝绳断丝信号处理中是可行的．通过对信号进行多层离散小波分解建立了小波能量求解的方程式,计算不同频带内钢丝绳断丝损伤信号的能量值,这些频带内的能量统计是在时域波形上进行的,体现了小波分析具有时频分析能力．最后针对不同的断丝损伤情况,分别求解各个频带内的小波能量值,修正了应用于钢丝绳断丝损伤信号处理的小波能量计算公式．试验结果表明小波能量表征断丝信号的1个特征量是有意义的．     

爆破作用对地下金属矿山围岩稳定性的影响

 为分析爆破作用对地下金属矿山围岩稳定性的影响，截取夏甸金矿具有代表性的VII–2矿体剖面，利用光纤光栅传感器对现场爆破作用下的围岩应变进行监测；同时，利用现场取得的爆破地震波，结合夏甸金矿的实际开采状况，对爆破作用下围岩的稳定性进行数值模拟计算。依据数值模拟计算结果对围岩监测点的布置位置进行优化。研究结果表明，光纤光栅传感器能够有效地监测到爆破作用造成的围岩微应变，利用光纤光栅进行矿山围岩稳定性监测是可行的。爆破作用对自身巷道的影响最大，巷道近区围岩的应力和安全系数变化较大，但对相邻巷道的围岩稳定性影响较小。依据爆破前后巷道的位移、应力、加速度和速度变化规律，在布设传感器监测点时将规律点和关键点相结合，定期监测和长期监测相结合，并适当增设补充点，能够对巷道监测关键点的布置进行有效优化，提高监测的针对性。     

爆破震动与岩石破裂微震信号能量分布特征研究

 以矿山现场微震数据为基础,选取矿山爆破震动信号与岩石破裂微震信号对比研究。首先,运用Matlab的小波包分析模块对微震信号进行5层多尺度分解,分别求取各节点处重构信号的小波包频带能量,对爆破震动信号与岩石破裂信号的频带能量分布特征进行研究;其次,通过建立新的频带空间,对比二者的能量分布特征。结果表明,矿山现场微震信号的频带能量分布特征为：岩体破裂信号的能量多集中于S5,0～S5,7低频频带(0～125 Hz),爆破震动信号的能量则在S5,24～S5,31频带(375～500 Hz)表现得较为集中。该分析方法为矿山识别爆破震动事件与岩石破裂事件提供了一种思路,利用二者能量分布差异大、特征对比明显的特点,通过对比新频带空间内的能量分布特征,可以实现对两类微震波形的初步辨识。     

钢筋混凝土腐蚀损伤超声导波信号小波分析及评价

本文针对钢筋混凝土中的腐蚀损伤,应用电化学方法对钢筋混凝土小梁进行不同程度的加速腐蚀试验,并对其分别进行超声导波测试,经过首波能量分析,得出腐蚀前后信号能量变化。又分别对原始信号进行小波包分析,得到各腐蚀阶段的小波包能量谱,通过各频段信号的能量分布的变化来诊断结构的损伤程度。用小波包分析得出信号的时频曲线,以及各个损伤阶段的波形特征,损伤类别,和频率分布。     

顶板岩层破断诱发矿震的频谱特征

 揭示顶板破断过程中的微震活动规律,采用频谱演变来评价顶板动力危害的强度,并进一步监测顶板的破断。采用SOS微震监测系统,针对坚硬以及软弱顶板破断来压的过程进行了实测,取得如下结论：(1) 顶板破断之前,低频段微震幅值逐渐增加,来压时信号的幅值达到最大值,之后产生突降。同时微震前兆信号主频与来压强度呈负相关。(2) 软弱顶板破断之前,微震信号主频开始向低频段移动,但前兆主频均大于20 Hz,来压之后主频又开始向高频段移动。(3) 坚硬顶板破断过程极其短暂,主震信号幅值较高,但主频小于5 Hz,来压前后低频微震信号的幅值较低,前兆效应不明显。利用上述规律,可以对顶板破断的过程及其强度进行有效的评价和预测。     

软土地基支撑机械拆除及临近建筑动力响应研究

以上海市某大型基坑内支撑机械拆除为例,在大量振动监测的基础上,研究了基坑内支撑机械拆除过程中产生的振动在基坑内部和基坑边缘挡土墙、高层建筑物竖直方向上的传播规律,监测同时考虑了临近建筑对机械振动的动力响应。研究表明:机械拆除基坑内支撑对周围建筑物所产生的振动速度较小,不足以影响构筑物结构安全,但由于振动信号的主频较低,接近于建筑物的固有频率,地震效应仍应该引起足够重视;利用小波包技术可得到振动信号各频带上的能量分布,从能量角度研究振动信号可以直观地了解信号在传播过程中的衰减特性。     

不同岩石声发射时频特性实验研究

通过对变粒岩、花岗岩、石灰岩、粉砂岩等四种岩石进行室内单轴加载声发射试验,获取岩石破裂全过程的应力-应变曲线、声发射参数及声发射信号。根据岩石破裂过程,从时、频域对声发射信号进行分析,着重对比了不同岩石的力学性质、声发射信号频域特征。研究结果表明:采用声发射率、能率可以很好地描述岩石破裂损伤的整个阶段;随着加载的进行,根据岩体变形及破裂程度的不同,不同岩石破裂阶段的声发射信号的频带范围也在不断发生变化。结合声发射时间序列参数特征和频谱特性,可得出岩石破裂时的损伤特性,为现场岩体的稳定性监测提供技术支持。     

矿井富水体的瞬变电磁场物理模型实验研究

 通过物理模型实验,研究矿井富水异常体的瞬变电磁场响应特征,为改进资料解释方法、提高探测精度提供重要依据。根据物理模型实验相似性准则,设计物理模型参数并校正模型系数;制作矿井富水体物理模型及发射接收装置,并对天线参数及探测能力进行对比分析。实验结果表明：在发射天线参数相同的条件下,接收天线绕制匝数越多,接收到的感应信号就越强;发射线圈中的电流越大,接收到的信号越强;相同条件下,方形天线装置比圆形天线装置接收到的感应信号强。巷道空间及空间内的金属体对富水体感应场的干扰特征实验表明：当天线位于巷道靠近富水体所在一侧时,接收到的响应值最高;当天线位于远离富水体一侧时,由于巷道空间的影响使探测结果的分辨能力降低。巷道内的金属体(工字钢、金属锚网和铁轨)使所接收到的信号值变大,而富水异常体的响应规律则没有变化。     

锚固结构爆破振动规律与损伤的模型试验

 选用水泥砂浆和玻璃钢分别模拟岩石和锚杆,进行物理模型试验,结合理论分析和实践,研究锚固结构不同部位在掏槽爆破作用下的振动规律与损伤,并结合小波包分析,对动应变信号进行深层次的分解分析。结果表明：在爆破作用下,对于邻近工作面的一排锚杆,其锚固段和自由段的振动规律在频率、幅值、持续时间和波形方面明显不同,此排锚杆的振动能量大,但频带较宽,能量分散;随着离工作面距离的增加,锚固段和自由段测点的振动应变波幅值和频带迅速衰减,振动能量集中在窄的频带内,且持续时间有所增长。结合试验结果、现有的理论和实践,分析锚固结构在爆破作用下的振动损伤或失效,基于锚固结构的不同形式的损伤,从控制振动的幅值、主频段、持续时间和提高结构的抗动载性能方面,提出预防锚固结构损伤的建议。     

小波分析与神经网络在结构多处损伤监测中的应用

采用小波分析对获得的结构动力响应进行小波分解，根据各种响应信号对损伤的灵敏度选择损伤特征，从而识别结构多次出现损伤的时刻，实现对结构损伤时刻的监控；对结构第1层加速度响应信号做小波包分解，得到各频段能量的特征向量，作为特征参数输入到BP神经网络中实现结构多处损伤位置和程度识别。模拟算例表明，小波分析和BP神经网络联合运用能准确地诊断结构多处损伤的时刻、位置和程度，具有一定的可行性。