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。     

爆破振动对建(构)筑物影响数值计算模型及安全判据的研究

针对目前爆破施工对既有建(构)筑物影响的数值分析方法及振动安全判据中存在的爆破荷载施加复杂、计算难以收敛,仅以质点振动速度大小单一指标作为安全判据等问题,利用圣维南荷载等效原理,经过推导提出了数值分析中爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的孔状爆破荷载等效成面荷载,以模拟爆炸作用,这种方法使得数值建模简化且计算容易收敛,同时基于拟静力法给出了新的振动安全判据。最后利用两个具体的工程案例对等效荷载施加方法和新安全判据的合理性进行验证。结果表明,等效荷载施加方法在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好,该方法建模简单,且计算容易收敛;新的爆破振动安全判据考虑了建(构)筑物本身的自振频率和安全储备,能够合理地评价振动荷载对既有建(构)筑物的影响,可供类似工程参考。     

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。     

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。     

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。     

基于FSWT时频分析的矿山微震信号分析与识别

采用频率切片小波变换技术(frequency slice wavelet transform,FSWT)对典型的矿山岩体微震信号和爆破振动信号进行了研究。首先利用FSWT分解一组信号,对两类波形进行了时频特性分析;然后利用其逆变换能切割任意频率区间的特点,构造6个连续的子频带并得到重构信号,并通过划分更细化的子频带,进行了两类信号不同的能量分布特性对比研究。研究结果表明:该矿山岩体微震信号和爆破振动信号的能量主要都分布于100 Hz以下,其中岩体微震信号的能量主要集中在0~50 Hz,爆破振动信号则主要集中在50~100 Hz;对于高于100 Hz区域,爆破振动信号所占能量比例更大。     

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。     

爆破作用下基于小波包分析实例研究

根据某隧道复线工程爆破掘进项目,对开挖产生的振动进行监测,采用小波包分析方法对爆破振动信号特性进行深入研究,建立了隧道爆破振动非平稳信号的时频分析方法。结果表明:爆破振动的能量主要集中在主振频率附近,并且振动信号存在多个优势频率,这些优势频率对判断建筑物振动安全至关重要。     

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。     

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。     

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。     

基于输入能量的爆破震动安全评价方法研究

结构的受震破坏不仅与震动强度有关,而且与震动频率、震动持续时间等因素有关,独立阈值理论的安全评价指标可能会与实际震害情况不符,从能量角度建立爆破震动安全评价指标具有重要意义。提出基于HHT的瞬时能量分析法,首先采用经验模态分解提取爆破震动信号的固有模态函数分量IMF,再对IMF作Hilbert变换计算信号的总输入能量TIE,以TIE作为爆破震动安全评价指标。TIE值在反映现有规程的峰值震动速度指标总体规律的基础上,能够对主频、持续时间因素进行更明确、简洁的定量化描述,具有一定的特色和优势。结合杭州市钱塘江引水工程浅埋段的爆破震动实测资料,验证本文方法的可行性,根据实例计算和爆破震害调查,初步认为当TIE≥1时,爆破震动将对砖混结构造成危害。     

基于小波变换的爆破振动时频特征分析

应用小波变换方法对短时非平稳爆破振动过程提出了时频特征分析。根据离散小波变换的分层分解展开关系，将爆破振动时间历史信号用分层重构信号进行扫描。应用这些信号可以给出不同频率带上爆破振动的相对能量分布和振动强度的时间变化规律。一个爆破振动实测结果的分析表明，与建立在传统Fourier变换基础上的频谱分析方法相比，基于小波变换的爆破振动时频特征分析可以给出更为准确的细节信息。文中的研究结果为爆破振动结构安全性分析提供了新的途径。     

阳逻港水下钻孔爆破地震波测试及小波包分析

结合武汉新港阳逻集装箱码头水下钻孔爆破工程,通过现场测试,得出了爆破振动速度衰减经验公式,提出了爆破振动速度安全判据及最大允许药量,针对爆破振动的特征,对实际测得的水下爆破振动信号进行小波包分析,探讨了爆心距对爆破振动信号的影响规律。并依据实测数据评估了水下钻孔爆破对长江大堤的影响,确保了长江大堤的安全。     

Prediction of characteristic blast-induced vibration frequency during underground excavation by using wavelet transform

Blast-induced vibration produces a very complex signal, and it is very important to work out environmental problems induced by blasting. In this study, blasting vibration signals were measured during underground excavation in carbonaceous shale by using vibration pickup CB-30 and FFT analyzer AD-3523. Then, wavelet analysis on the measured results was carried out to identify frequency bands reflecting changes of blasting vibration parameters such as vibration velocity and energy in different frequency bands. Frequency characteristics are then discussed in view of blast source distance and charge weight per delay. From analysis of results, it can be found that peak velocity and energy of blasting vibration in frequency band of 62.5–125 Hz were larger than ones in other bands, indicating the similarity to characteristics in the distribution band (31–130 Hz) of main vibration frequency. Most frequency bands were affected by blasting source distance, and the frequency band of 0–62.5 Hz reflected the change of charge weight per delay. By presenting a simplified method to predict main vibration frequency, this research may provide significant reference for future blasting engineering.