不同距离条件下爆破引起的质点振动频幅分析

论文基于隧道开挖施工爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值及其主振频率分析,论述了不同距离条件下爆破引起的质点振动频幅特性,较为详尽地解释与探讨了爆破震动测试结果,并在分析质点振动速度峰值与距离及环境条件关系的基础上,得出较远距离条件下(220 m～325 m)的质点振动速度峰值的主振频率集中在以35Hz为中心的25～45Hz范围值的结论,同时指出近爆破点区域的爆破地震波衰减速度明显大于较远区域,以及介质特性与距离是加速爆破地震波衰减的主要因素,分析结果也再次证实质点振动速度峰值及其主振频率与爆破规模和环境条件密切相关.     

Numerical Simulation of Cumulative Damage and Seismic Energy Release During Brittle Rock Failure-Part I: Fundamentals

This paper presents a numerical approach for the simulation of damage initiation and propagation causing seismic energy release during unstable failure of brittle rock. With a newly developed numerical code, RFPA^2D (Rock Failure Process Analysis), the progressive failure process leading to the development of a shear or fault zone, and the eventual collapse of a heterogeneous rock sample is modeled. Since the constitutive law for each element in the model is elastic–brittle, seismic energy is radiated whenever an element fails. It is assumed that the radiated energy is equal to the energy stored in the element before failure is triggered. Due to the heterogeneity of rock properties, seismic quiescence may occasionally occur within the nucleation zone. The cumulative seismic damage calculated based on the seismic event rate from the simulation can be used as a damage parameter to describe the damage evolution. It was found that significant decreases followed by sudden increases in radiated seismic energy may be an indicator of potentially unstable nucleation.     

中尺度复杂岩体应力波传播特性的微震试验研究

采用全数字型多通道微震监测系统,对深部复杂采空区岩体和上部露天台阶絮渣岩体分别进行了现场爆破应力波传播特性试验,利用P波触发时间和传播距离组成的离散点进行线性拟合,得出应力波传播速度,结果显示深部复杂采空区岩体和上部絮渣岩体明显出现两个层状速度模型。利用应力波振幅和传播距离组成的离散点进行曲线拟合,并对应力波信号进行频谱分析和滤波处理,研究应力波的衰减特性。试验结果表明,应力波振幅随传播距离的增加而减小,且在数值上呈乘幂衰减;应力波衰减系数和应力波频率成正比,数值上呈三次多项式关系,高频成分应力波衰减更加明显。利用试验数据,分别计算出深部复杂采空区岩体和上部絮渣岩体的平均品质因子,计算结果分别为4.055和2.478,两者远小于一般原岩的岩体品质因子,说明复杂采空区和絮渣的存在对应力波的传播有很大影响。     

粘弹性准饱水岩层中地震波的传播

从工程实践出发，采用粘弹性两相介质模型，详细研究了地震波在准饱水岩层中的传播问题。由于此模型不但考虑了岩层骨架的粘性，而且考虑了饱和度对地震波传播的影响，从而可以全面地了解地震波在准饱水岩层中的传播特性。该模型比以往研究地震波的模型更具合理性。采用数值算例对饱和度、频率、含水量对地震波的波速和衰减系数的影响进行了细致的分析，并得出了一些重要的结论。     

隧道围岩爆破地震累积效应研究

针对公路隧道施工循环爆破作业展开爆破震动累积效应研究.基于现场爆破震动监测与波与能量的相关理论,提出利用单位药量与距离条件下的爆破地震波面积(单位等效面积)分析评估单位药量与距离条件下的爆破震动对结构与围岩介质的影响,通过比较质点振动速度波形面积的变化可分析评估围岩介质体中的爆破震动能的分布与药量和距离的关系,以及围岩介质体物理力学性质的改变与爆破震动能衰减的关系.并提出了爆破地震波单位等效面积的计算方法,通过非药量和距离因素影响下质点振动速度波形单位等效面积分析,合理评估单位爆破震动能在围岩体中的分布状况,以及爆破震动作用下的介质体本身物理力学性质的改变,并可推断与阐述围岩介质体中不连续结构面(体)的总体分布状况,以及在爆破震动作用下的发生与扩展情况和与爆破地震波的互相作用.     

岩石声发射信号能量的小波包分析

信号处理是研究岩石声发射技术的关键。岩石声发射信号具有瞬态性和多样性的特点,属于典型的非平稳信号,传统的快速傅立叶变换不适于处理这类信号。本文根据岩石声发射信号的特点,引入小波包分析方法对岩石声发射信号的能量分布特征进行了研究。首先,简略介绍了小波变换与小波包分析的特点;其次,对声发射信号进行了小波包分解和重构,计算出不同频带声发射信号能量,得到了信号在不同频带上的能量分布图;最后,总结了声发射信号的频带能量的分布特征。     

基于能量法测量节理岩体品质因子的实验研究

品质因子是衡量岩体中应力波衰减特性的一个重要参数。利用分离式霍普金森压杆实验系统对含人工节理花岗岩试样进行单轴冲击压缩实验,研究节理吻合系数(JMC)对岩体试样品质因子的影响。首先,根据品质因子基本概念得出了利用应力波能量计算品质因子的方法,并证明在试样严格满足应力均匀条件时,其与应力–应变曲线方法是等价的。然后,用三波法得到了节理试样的应力–应变曲线,同时用应力波能量方法计算了品质因子。实验结果表明:随着节理吻合系数(JMC)降低,应力–应变曲线滞回环面积增加,节理岩体试样的动态割线模量和品质因子均减小,说明节理接触面积减小弱化了整个试样并且使试样能量耗散能力增加。     

摩擦滑移隔震结构的能量分析

采用小波包变换的方法，分析了摩擦滑移隔震结构在不同场地类别地震波重构信号作用下能量传递规律。结果表明，地震波的低频信号对结构能量反应起主要作用，对于不同的场地类别，摩擦系数对隔震结构能量传递的影响不同。     

应力波入射黏弹性节理的传播特性研究

应力波传播特性的研究是进行工程动态稳定性评价的基础。依托柱状节理玄武岩开挖爆破试验,考虑节理岩体的蠕变和应力松弛特性,提出了黏弹性节理的等效标准线性固体模型,采用"位移不连续理论",获得了应力波入射黏弹性节理的传播方程,并探讨了应力波入射黏弹性节理的传播规律。透射系数随入射波频率的增大而减小,而反射系数整体上呈现出随频率的增大而增大的趋势。在临界入射角内,随入射角度增大,转换波(T_(sp),T_(ps),R_(sp)和R_(ps))均先增大后减小且转换波的透射系数(T_(sp)和T_(ps))最小,反射同类型波(R_(ss)或R_(pp))先减小后增大,透射同类型波(T_(ss)或T_(pp))则基本没有变化;应力波在节理处发生了复杂的能量转移,随入射角度增大,反射同类型波和反射转换波之间能量此消彼长并在某一角度附近几乎同时达到极值,同类型波的部分能量转移到转换波,但其能量仍远高于转换波。     

轴向静载对红砂岩中应力波传播特性的影响试验研究

由于开挖卸荷效应以及原岩应力的复杂性,围岩体承受的静应力大小具有动态变化特点。为了研究静应力大小对岩石应力波传播的影响,利用动静组合加载试验装置,对红砂岩长试件进行小扰动的应力波传播试验,试件轴向静应力分别设置为13个等级。通过应力波传播速度和幅值随传播距离、传播时间以及静应力的衰减规律,研究不同静应力条件下应力波的传播衰减特性。结果表明,相同轴压下,不同测点处应力波形状基本相同;不同轴压下,相同测点处应力形状变化较大,轴压越大,应力波尾部出现的拉伸波越大。随着轴向静应力的增加,岩石纵波波速呈"快速增加–平缓发展–急剧减小"的趋势,轴向静应力与单轴抗压强度之比?s/?c=30%和?s/?c=55%是其2个应力分界点。相同轴压下,应力波幅值随传播距离及传播时间都具有良好的指数关系;随着轴压的增加,空间和时间响应强度逐渐减小,幅值空间衰减系数和时间衰减系数呈"快速减小–平稳发展–急剧增大"的趋势。随轴压增加,相同测点处幅值随轴压衰减系数??s先减小后增大,离冲击端越近测点处的??s变化越敏感。     

巷道围岩爆破地震效应的模拟和解析对比分析

对某巷道围岩爆破工程进行数值模拟来分析爆破地震波在围岩中的传播规律,通过数值模拟分析结果与解析解进行对比,发现两者得出的结论类似。在爆破地震波的影响下围岩质点的峰值速度变化呈一定规律,对不同径向距离和轴向距离条件下质点峰值速度的变化规律进行比较,可以发现围岩中质点的峰值速度随着径向距离呈现正负号交互的波浪式衰减,即围岩可能出现交替拉压状态以及分区破裂现象,而质点峰值速度随着轴向距离的变化相对简单,主要表现为非线性的快速衰减。     

Attenuation of rock blasting induced ground vibration in rock-soil interface

Blasting has been widely used in mining and construction industries for rock breaking.This paper presents the results of a series of field tests conducted to investigate the ground wave propagation through mixed geological media.The tests were conducted at a site in the northwestern part of Singapore composed of residual soil and granitic rock.The field test aims to provide measurement data to better understand the stress wave propagation in soil/rock and along their interface.Triaxial accelerometers were used for the free field vibration monitoring.The measured results are presented and discussed,and empirical formulae for predicting peak particle velocity(PPV)attenuation along the ground surface and in soil/rock were derived from the measured data.Also,the ground vibration attenuation across the soil-rock interface was carefully examined,and it was found that the PPV of ground vibration was decreased by 37.2% when it travels from rock to soil in the vertical direction.     

基于小波变换的爆破地震安全能量分析法的应用研究

根据爆破地震信号具有持时短、变化快等特点,结合工程爆破地震监测资料,利用小波包良好的时频局部化性质,对爆破地震信号的能量分布特征进行了分析,得到了爆破地震信号不同频带上的能量分布。进而,根据爆破地震信号不同频带的特征频率与受控建筑物自振频率之间的关系确定爆破地震对建筑物的影响。最后,通过工程实例说明了该方法比用单一强度因子作为爆破地震的安全判据更加有效。     

岩体爆破损伤声波测试信号频谱特征的小波(包)分析

 岩体爆破损伤特性除了影响声波速度外,同时造成声波能量衰减和频谱特征的变化。为弥补单纯声波速度分析的不足,更好地利用岩体声波信号携带的丰富信息,在某地下工程围岩中开展10次小药量模拟爆破岩体损伤声波测试研究。针对傅立叶分析的缺陷,运用小波(包)变换方法,对声波测试信号的频谱特征进行分解分析。研究结果表明：(1) 经小波(包)变换得到的爆破前后岩体声波频谱特征变化规律非常明显;(2) 2–4,2–5和2–6尺度下小波分量的幅值和功率谱密度远大于其他尺度下的小波分量的幅值和功率谱密度,对岩体爆破损伤的敏感性较好;(3) 岩体爆破损伤作用导致声波测试信号的能量集中区和最大能量分布百分比对应的频段(频率)向低频方向偏移。研究成果对于揭示岩体爆破损伤与声波测试信号频谱特征之间的内在联系具有一定的指导意义。     

多段微差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,对6条多段微差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,总结了多段微差爆破振动信号频带能量的分布特征。该分析手段为综合研究爆破地震效应特别是为将来构建振动速度–频率相关安全准则提供了一种有效的分析技术。     

基于小波变换的时-能分布确定微差爆破的实际延迟时间

在微差爆破工程中，由于所使用的普通延期雷管存在延期误差，设计或选择的延期微差时间往往与实际的有较大出入，影响了微差爆破的效果。确定微差爆破的实际微差延迟时间对优化微差爆破效果、降低爆破地震效应具有重要意义。基于小波变换的时-能密度法具有突出被分析信号能量突变的特点，通过分析监测到的爆破振动信号不同频带的能量随时间的分布情况，能有效地识别出微差爆破中各段雷管的起爆时刻，进而可以确定爆破中所用雷管的实际延期时间，较好地解决上述问题。以某地下工程的微差爆破振动信号进行时-能密度分析为例，对本方法的有效性作了检验。本方法亦可用于分析爆破振动信号在传播过程中能量随时间的衰减规律，对综合研究爆破机理和爆破地震波有指导意义。     

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。     

Laboratory-scale investigation of response characteristics of liquid-filled rock joints with different joint inclinations under dynamic loading

In underground rock engineering, water-bearing faults may be subjected to dynamic loading, resulting in the coupling of hydraulic and dynamic hazards. Understanding the interaction mechanism between the stress waves induced by dynamic loadings and liquid-filled rock joints is therefore crucial. In this study, an auxiliary device for simulating the liquid-filled layer was developed to analyze the dynamic response characteristics of liquid-filled rock joints in laboratory. Granite and polymethyl methacrylate (PMMA) specimens were chosen for testing, and high-amplitude shock waves induced by a split Hopkinson pressure bar (SHPB) were used to produce dynamic loadings. Impact loading tests were conducted on liquid-filled rock joints with different joint inclinations. The energy propagation coefficient and peak liquid pressure were proposed to investigate the energy propagation and attenuation of waves propagating across the joints, as well as the dynamic response characteristics of the liquid in the liquid-filled rock joints. For the inclination angle range considered herein, the experimental results showed that the energy propagation coefficient gently diminished with increasing joint inclination, and smaller coefficient values were obtained for granite specimens compared with PMMA specimens. The peak liquid pressure exhibited a gradually decreasing trend with increasing joint inclination, and the peak pressure for granite specimens was slightly higher than that for PMMA specimens. Overall, this paper may provide a considerably better method for studying liquid-filled rock joints at the laboratory scale, and serves as a guide for interpreting the underlying mechanisms for interactions between stress waves and liquid-filled rock joints.     

岩石超声波信号的小波时频分析

岩石超声波信号是一种非平稳信号.由于传统的短时Fourier变换(STFT)使用的窗函数固定,分辨率单一,其分析结果只能大致反映信号能量随时间的变化.小波变换(WT)以小波基为变换基础,具有多分辨率特点,其分析结果较详细地反映了质点震动强度随时间的衰减起伏变化.分析认为小波变换是一种更优越的处理岩石声学信号的时频方法.     

矿震震动传播与响应规律

针对距离震源不同距离的采掘区域冲击地压显现响应程度不同的问题,采用ARAMIS M/E微震监测系统、PASAT-M便携式微震监测系统和冲击地压多参量过程监测系统开展了矿震发生与响应过程规律研究,并通过井下爆破激发震动试验研究了震动传播衰减规律。结果表明:(1)冲击地压多参量过程监测系统监测到矿震的单参量(煤体应力)、多参量(煤体应力、围岩位移及锚杆受力)的响应过程,实现了震动与响应信号捕捉与记录;(2)矿震单参量响应规律,响应时间短(368 ms),响应过程引起距震源75 m的煤体应力最大升高0.9 MPa,响应终值为煤体应力升高0.5 MPa,矿震的响应并非都是多参量同时响应;(3)矿震引起多参量响应规律,响应时间不同步,响应时间几百毫秒至几分钟不等,响应过程引起距震源150 m的煤体应力整体降低0.7~0.8 MPa、锚杆受力降低7~8 k N、顶煤位移增加4 mm,且捕捉到矿震发生10 h前的岩层位移信息,持续时间1000 ms,位移量最大24 mm,可作为矿震前兆信息;(4)矿井围岩介质中震动能量传播呈指数E=E0eηD关系衰减,距震源200 m范围能量衰减快;震动主频的衰减变化规律也呈指数f=f0eηD关系。距离震源200 m范围的采场、巷道对矿震响应比较显著,与矿震诱发冲击显现区域比较吻合。矿震发生至响应的传播衰减过程的定量关系研究,对进一步提高冲击地压监测预警与防治技术水平具有一定的现实意义。