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。     

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。     

砂岩单轴压缩微震响应小波包能谱特征

选取砂岩岩样,通过装有ESG微震监测系统的MTS液压伺服试验机进行单轴压缩实验,分析在加载模式下的岩石强度及变形破坏特征。运用小波包能量谱理论,提取了突变信号的频带能量和事件数,获得了砂岩单轴压缩条件下的应力应变曲线以及应力应变过程曲线中4个阶段的微震响应特征。在初始压密和弹性阶段,没有微震信号、频带归一化能量为零、事件数为零;在应力屈服阶段,微震信号多、频带归一化能量大、有大量事件数产生;在破坏阶段,微震信号丰富、频带归一化能量达到峰值后降低、事件数减少。砂岩破裂微震信号频率响应主要集中在375~625 Hz。由于岩石每个变形阶段具有不同的微震响应特征,因此,可用微震动态响应小波包能谱特征来表征岩石的微观损伤演化和预测现场工程岩体的宏观断裂失稳过程。     

爆破震动信号的小波分析

首先将小波分析（ｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓ）理论应用到爆破震动信号分析中，以期促进这一理论在工程爆破领域内的发展；小波分析在时域和频域同时具有良好的局部化性质，而且对高频成分采用逐渐精细的时域和空域取样步长，可以聚焦到对象的任意细节，因此利用小波分析和处理像爆破震动这样具有突变特征的随机信号较富氏频谱分析更为适合。并对目前小波分析理论和应用进行了较为全面的总结，建立了适合于爆破震动信号分析的基小波，同时进行了实例分析。     

基于MATLAB的地铁隧道爆破震动信号小波分析

采用db8作为小波基函数,对大连地铁某标段爆破震动实测数据进行尺度为7的一维离散小波变换,通过MATLAB程序分别计算其原始信号的功率谱及能量分布,详细分析地铁隧道爆破地震波的能量特点,结果表明:径向、纬向及垂直向频率均主要分布在0 Hz～31.25 Hz,中低频信号成分在总能量中比例较大。     

基于小波包的地震信号能量特征分析

借助MATLAB平台,采用小波包变换对唐山地震南北向(北京测点)20s-40s时间段内的地震波进行频带能量分布特征分析,明确并验证了小波包树结点与信号子空间频带的分解排列规律,根据该排列规律编程得到与频带一一对应的分信号,同时计算了分信号的小波包能量及能量百分比。此频带能量分布可以凸显地震波的主要频带,为进一步提取地震信号局部特征提供便利。     

岩石变形破坏次声异常的能量特征研究

采用室内试验方法,对8组砂岩试件进行了压缩破坏试验,同步记录岩石变形破坏过程中的次声信号,采用小波分析方法对异常信号的能量特征进行了分析研究。结果表明:岩石变形破坏次声异常信号能量主要集中在3.91~7.81 Hz的中频段和7.81~15.62 Hz的高频段两个频率范围内,其中中频段能量大于高频段能量,同时在低频段0~3.19Hz内也存在一定的能量分布,通过不同频段能量分布对比,可对信号进行识别;随着岩石变形破坏程度的增加,次声异常信号的中低频段能量在相对减少,而高频段能量相对增加,在岩石临近破坏前,次声信号的中低频段能量与高频段能量的比值接近1。以上几个方面特征的发现,为岩石变形破坏的次声异常信号识别及破坏前兆预警提供了重要的依据。     

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。     

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。     

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。     

顺层岩质边坡的爆破振动控制标准试验研究

以某顺层岩质路堑开挖爆破为背景，进行了6次层裂爆破试验。测量边坡不同位置处的质点振速并对爆破前后的岩体进行声波探测，然后对振速测量结果和声波速度测量结果进行耦合分析，研究表明：边坡岩体发生爆破层裂后，波速显著降低，岩体的波速降低率随着质点振速增大而增大：质点振速越大，岩体层裂程度越严重，当质点振速小于临界值，岩体不发生层裂：爆破试验所得出的临界振速25．3cm／s可以作为该顺层岩质边坡爆破开挖时的振动控制标准。     

基于微震监测及应力场分析的冲击地压预测方法

主要对国内外冲击地压发生情况以及对冲击地压的监测发展情况进行了总结和分析，发现随着矿山开采深度的增加，冲击地压活动越来越频繁，发生的范围也越来越广，但是目前仍没有有效的监测与分析方法能够对冲击地压的发生进行预测预报。为了能够对冲击地压发生实现预测预报，引入地球物理学方法，建立矿山微震监测分析系统。将矿山微震监测系统监测到的矿山微震活动信息，通过网络传输，实现与数值分析系统之间的数据交换：利用微震活动信息修改数值模型的单元信息；借助大规模科学计算，分析开采造成采场以及巷道围岩内部岩体的应力积累、应力阴影和应力迁移过程，进而实现对矿山冲击地压活动进行预测预报。同时，微震监测分析系统能够实现对其他岩石工程动力灾害问题进行预测预报。     

煤矿软岩巷道掘进爆破振动特性研究

通过现场爆破振动、松动圈实测和分析,研究煤矿软岩巷道掘进爆破振动效应及其对巷道松动圈半径的影响。振动测试和小波分析结果表明：爆破振动速度3个方向的分量中水平径向最大、垂直方向最小,因此可将水平径向振动速度作为巷道掘进爆破振动的安全评判指标;爆破振动主振频率均＞100 Hz,爆破能量的80%左右都集中在100～150 Hz频带范围内,且存在2个明显的“子频带”。松动圈测试和分析表明：巷道稳定后的松动圈半径为1.8 m左右,其中爆破振动的影响约占10%。据此调整支护参数,增加锚杆长度,提高支护的安全可靠性。在此研究的基础上,从爆破参数和装药结构等方面提出降低煤矿软岩巷道爆破掘进爆破振动效应的措施。     

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。     

信号去噪阈值与阈值函数的取舍研究

为了提高爆破振动信号精度,采用小波阈值去噪方法对爆破振动信号进行去噪,在去噪过程中阈值与阈值函数的选取是关键,阈值与阈值函数选取的合适与否将直接影响到消噪的效果。研究结果表明:heursure和sqtwolog两种阈值的去噪效果比较好;软阈值函数较硬阈值函数有更好的去噪效果。     

岩石变形破坏过程中的能量耗散分析

岩石作为一种复杂的非均质地质材料，其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。岩石在变形破坏过程中始终不断地与外界交换着物质和能量，是一个能量耗散的损伤演化过程。采用损伤演化方程可以从宏观上描述损伤变量以及与其相伴的广义热力学力——损伤能量释放率的变化规律。进一步通过细观损伤力学的研究，可以揭示岩石变形破坏过程中能量耗散的内在机制。围绕这一基于能量耗散的岩石力学研究思路及其相关进展，最终将建立基于损伤演化及能量耗散的宏．细．微观多层次耦合的岩石力学体系，这有助于更准确地解决岩石工程领域中更多的力学分析问题。     

煤柱型冲击地压微震信号分布特征及前兆信息判别

 利用微震监测系统,采集平煤十一矿3次煤柱型冲击地压发生前后的微震信号,分析3次冲击地压期间微震信号的时序特征,并利用FFT方法、分形几何原理研究微震信号的频谱特征和分布变化规律。得到如下结论：(1) 煤柱形冲击地压发生前均有一段明显的微震活跃期,表明围岩系统正与外界交换能量,围岩结构处于非稳态的调整期,冲击地压为当次调整期中能量最大的震动,冲击地压发生后,微震活动程度明显下降,出现震后平静期。(2) 冲击地压的主震信号20 Hz以下低频成分占比例较多,波形图中尾波明显且持续时间长,震动能量级别较大。(3) 冲击地压前震主要频谱成分集中在40～100 Hz,前震发生时间距离主震越近,低频成分越多。(4) 微震事件分维值在大的震动(矿震或冲击地压)发生前会持续下降,在大震临近时会降到某个临界值以下。上述规律对确定预测冲击地压的预警指标以及对提高冲击危险程度判别的准确性具有重要意义。     

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。     

周宁水电站地下厂房开挖爆破地震波衰减规律的研究

周宁水电站地下厂房尺寸为66.82m×17.90m×42.20m(长×宽×高)的大硐室,其围岩为新鲜完整的钾长花岗岩。在爆破开挖中,为保护岩锚梁壁,在对保护层采用预裂爆破的条件下对其进行了爆破振动安全监测,分析了在该施工条件下爆破对花岗岩体的爆破振动效应,用回归方法计算求出其地震波衰减系数α和因素系数k,总结出新鲜完整花岗岩体中爆破地震波的传播规律,从而推断爆破对围岩的损伤度,并以此指导后期工程中爆破参数的选择和安全控制方案。所得完整花岗岩体的爆破地震波传播参数,可为同类工程提供参考依据。