隧道爆破振动信号混沌分形特征研究

为了分析隧道延时爆破时滞信号动力系统的非线性特征,在对新悬泉寺隧道爆破信号准确采集的基础上,运用混沌理论研究了经频率切片小波变换后各频带重构子信号的混沌动力学行为。通过子信号吸引子相轨迹特征对隧道爆破信号系统状态进行了直观描述和定量分析。结果表明:隧道爆破振动信号具有混沌特征,不同频带子信号吸引子在二维相空间一定区域内具有特定层次结构且永不封闭椭圆形轨迹。随着频率的增大,混沌吸引子在相空间的形态表现为椭圆轨迹的长/短轴之比逐渐减小,混沌吸引子在相空间沿长轴方向收缩,沿短轴扩展并最终趋于稳定,信号高频噪声具有弱混沌特征。混沌吸引子形态的演化过程有助于爆破信号幅值、能量信息的精确提取和主频有效判别,为隧道爆破信号非线性特征提取提供了新的思路。     

隧道爆破振动信号的混沌特征分析

基于混沌理论,将邻近隧道爆破、上跨坑道爆破作用下既有隧道振动响应时间序列进行相空间重构,通过吸引子、Lyapunov指数、关联维数等核心参量计算,分析隧道爆破振动响应信号混沌特征。经过计算,邻近隧道爆破作用下既有隧道振动响应信号相空间重构后具有奇怪吸引子,且Lyapunov指数均大于0,可判定其具有混沌特征;上跨坑道爆破作用下既有隧道振动响应信号的Lyapunov指数也均大于0,表明其也具有混沌特征。研究表明,隧道爆破振动信号具有混沌特征,随着钻爆作业面与既有隧道爆心距减小,λ值变大,隧道爆破振动响应的混沌特征增强,应更加强钻爆参数的合理优化和爆破振动实时监测,确保施工质量和爆破安全。     

隧道爆破振动信号畸变校正与混沌多重分形特征研究EI北大核心CSCD

受测试环境影响,隧道爆破监测信号中普遍包含噪声和趋势项干扰。针对爆破信号干扰项消除难题,选取典型地铁隧道工程监测到的畸变爆破信号为分析对象,采用稀疏化基线估计与去噪(baseline estimation and denoising with sparsity,BEADS)算法实现了噪声和趋势项成分的提取,得到反映真实爆破信息的校正信号。利用多重分形去趋势波动分析(multi-fractal detrended fluctuation analyses,MF-DFA)捕捉到三个分量信号的混沌分形特征,并根据小波相关性凝聚谱对三个分量信号与原始信号的时频域相关性进行了精确表征。结果表明:隧道爆破信号高频噪声、低频趋势项和校正信号三者的混沌分形特征具有显著差异。校正信号吸引子轨迹形态为反复周期性有序波动且具有持续性和反持续性分形谱特征,其递归图具有周期模式;低频趋势项吸引子形态表现为近似直线且具有持续性分形谱特征,其递归图具有对角线分布突变模式;高频噪声吸引子形态为杂乱无章的随机波动且具有反持续性分形谱特征,其递归图具有漂移模式。在置信度为95%的小波影响锥范围内,校正信号、趋势项和噪声分量与原始信号分别具有持续正相关、局部负相关和无相关性特征。三类信号的有效分离和混沌分形特征提取为爆破信号成分的准确辨识和归类提供了客观表征和量化指标。     

城市高架桥拆除爆破振动信号的非线性特征分析

为研究高架桥拆除爆破振动响应动力学机制,分析爆破振动、塌落振动时间序列的动力学因素,将拆除爆破振动响应时间序列进行相空间重构,通过吸引子、Lyapunov指数、关联维数、Kolmogoro熵等核心参量计算,分析高架桥拆除爆破振动响应信号混沌特征。经过计算,爆破振动及桥体塌落冲击作用下振动响应信号相空间重构后具有奇怪吸引子,且Lyapunov指数、Kolmogoro熵均大于0。研究表明：高架桥拆除爆破振动信号具有典型的混沌特征,为混沌非线性理论引入爆破振动危害效应分析领域奠定了理论基础。     

地铁隧道爆破振动测试及时频特征分析

为确保某市地铁隧道安全、高效地爆破开挖,采用网络测振仪测试了隧道掘进爆破时周边建(构)筑物的爆破振速。基于频率切片小波变换开展时频特征分析,首先得到了测振信号的全频带时频分布特征,进而通过5个主成分频率切片区间更进一步精确提取了爆破振动信号时域、频域分布特征,并得到了相应频带内的爆破振动重构分量。实测数据时频特征分析表明,频率切片小波变换具备独特的信号分析优势,适用于地铁爆破振动信号时频特征提取;此次地铁隧道钻爆法开挖产生的质点峰值振速在0.07～0.85 cm/s之间,主频在13.3～68.9 Hz之间,爆破振速处于《爆破安全规程》规定的安全阈值范围内,爆破方案基本合理。     

小近距隧道台阶法开挖爆破振动信号特征分析

隧道爆破振动信号具有典型的非平稳冲击特征,其信号特征是爆破参数优化的重要依据。在对厦门海沧疏港通道小净距隧道台阶法掘进爆破信号进行有效监测基础上,利用经验小波变换(Empirical Wavelet Transform, EWT)对爆破信号进行频带细化分析和时频特征提取,并对隧道爆破雷管起爆毫秒延时时间进行了识别。分析表明：大跨度小间距隧道爆破采用台阶法可显著降低爆破振动强度,减小了爆破效应对中夹岩的扰动。经验小波变换具有优良的信号自适应分解能力,其分析精度优于传统的小波和经验模态分解算法,适合用于隧道爆破信号精细化特征提取过程。经验小波变换识别得到的雷管毫秒延时时间与设计延时时间中值最为接近,识别精度高,为隧道掘进爆破网路安全评估和参数优化提供一种可借鉴方法。     

隧道爆破对大坝振动影响监测分析

近区隧道开挖爆破会引起大坝产生振动响应,为确保大坝安全,对爆破振动进行监测分析,及时反馈指导爆破施工.利用db8小波基对坝基处振动信号进行小波分析,结果表明采用db8小波基处理爆破振动信号是可行的,爆破能量分布主要集中于15.625～250.000Hz频带之间,而非大坝基频所在的频带,最终得出爆破振动对大坝安全影响较小的结论,为同类工程提供参考.     

爆破振动信号特征分析的应用探讨

从信号的处理、分析入手,基于MATLAB小波分析工具箱的平台,透过傅里叶变换和小波变换对爆破振动信号进行特征分析,构建爆破振动信号不同频带振动分量的时频图谱;从能量角度出发,基于小波能量法,以小波频带能量作为研究对象,探求爆破振动信号不同频带能量的分布特征及内在规律性,以此探讨爆破地震波的作用机制和行为特征.     

露天边坡爆破地震波能量分布特征研究

为探索爆破地震波在边坡上传播时的能量分布规律,结合露天矿爆破振动监测实例分析,利用小波变换分解及反应谱分析的方法,对不同高程的爆破振动信号在各频带间的能量分布特征进行了研究。结果表明:爆破振动信号的能量主要分布在0～64 Hz,各信号的切向、垂向、径向主振频带不同,水平方向的主振频带几乎都比竖直方向的主振频带低一个频带;随着高程的增加,爆破振动信号能量主要分布频带逐渐变窄,主振频带趋向于低频带;在节理裂隙发育的岩体中,爆破地震波频率成分复杂,相对能量主要分布频带变宽,是由于裂隙发育岩体结构的多振型对其响应的结果。在既定的坡形中,边坡爆破地震波的振动速度与能量存在一定的高程放大效应,频带间能量的放大系数存在差异,主要与不同高程的信号各频带间的相对能量分布特征变化有关;不同的结构体对爆破地震波的选择放大作用不同,相同的结构体对不同传播方向的爆破地震波的选择放大作用也存有差异。     

爆破条件对爆破震动信号分析中小波包时频特征的影响

非平稳信号的小波包分析是在小波变换基础上发展起来的 ,它对小波分析中没有细分的高频部分进一步分解 ,从而能够对信号局部信息进行更为精细的掌握。爆破条件是影响爆破震动时频特征分布的主要因素之一。本研究中 ,针对在不同段药量、不同微差间隔时间及近似相同的其它条件下产生的爆破震动信号 ,运用小波包分析方法对其进行了时频分析 ,主要探讨了段药量、段微差间隔时间对爆破震动时频分布的影响规律。段药量对爆破震动波形时频特征的影响主要体现在各层小波包主振频带内的细节信号峰值质点振速方面 ,各细节信号的峰值质点振速随段药量增加而增大 ,但主振频带分布保持基本的一致性 ,同一主振频带下小波包细节信号的阻尼比也趋于一致 ;段微差时间间隔对爆破震动时频特征的影响主要表现在 :延长各主振频带小波包细节信号的振动持时 ,不同微差单段波形的叠加增加了主振频带个数 (优势频率个数 )并使各频带内的优势频率值有微弱增大的趋势     

隧道掘进爆破振动在地表及上部岩体传播特征?

为了解隧道掘进爆破振动信号在地表及上部岩体内传播的特征,以鹤大高速小沟隧道掘进爆破为工程背景进行研究。对地表部分,现场监测后利用小波包分析对监测数据进行信号去噪重构处理,对得到的纯净信号进行时频分析及能量分布研究,进而得出振动信号沿地表的频率分布规律及能量衰减规律。对上部岩体,利用ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,提取关键点振速,分析得出开挖与未开挖两侧振动信号在隧道上部岩体内传播过程中的质点振速与能量衰减规律。为隧道爆破掘进动力响应研究、爆破震害评估和爆破设计的改进提供依据。     

非线性成型振动台混沌特性分析与仿真研究

为了解决混凝土构件现有振动成型技术中密实度不高、成型周期长的问题。基于混沌理论对现有振动台结构进行改进,考虑碟形弹簧非线性建立振动系统的物理模型和动力学模型。通过分岔图确定系统产生混沌时的参数范围,利用Matlab/Simulink搭建混沌响应数值仿真平台,采用Runge-Kutta法求解并绘制系统的相轨迹图、Poincaré映射图、时间历程曲线、频谱图和最大Lyapunov指数对振动台的混沌特征进行识别,证明了改进后的系统具有混沌振动特性。     

转子-轴承系统混沌运动的神经网络反馈控制方法

用神经网络技术对刚性Jeffcott转子-轴承系统进行混沌滞延反馈控制研究。研究结果表明,当转子-轴承系统进入混沌状态后,引入时间滞延反馈控制信号,可以消除转子-轴承系统的混沌振动,使嵌入在混沌吸引子中的不稳定周期轨道回到稳定周期轨道上。采用间接误差计算的BP神经网络学习方法和自适应学习率BP算法结合而形成的改进型BP神经网络方法,可以快速搜寻到次优化的滞延反馈控制强度,从而即时有效地消除转子-轴承系统的混沌振动。一旦混沌振动回归稳态周期振动,则反馈控制信号自动消失。该方法为控制转子-轴承系统的振动状态提供了理论依据,特别是对工程实际转子系统有实用价值。     

钢筋混凝土结构爆破地震响应频谱及幅值变化规律分析

为探讨钢筋混凝土建筑结构的爆破地震效应特性,通过在隧道爆破开挖过程中下穿的多层钢筋混凝土建筑沿高度方向上布设测点,采集了大量的钢筋混凝土建筑的爆破地震响应信号。采用小波分析和快速傅立叶变换相结合的方法,研究各方向爆破地震波作用下钢筋混凝土建筑沿高度方向的结构响应频谱、能量分布特性及幅值变化规律。研究结果表明,爆破地震波作用下钢筋混凝土结构建筑物各层质点的速度响应信号频率较大且占有较大能量比例的优势频带较宽,集中在15Hz~600Hz;钢筋混凝土结构在垂向方向的速度响应信号频率要低于水平方向,在垂直方向的速度响应峰值高于水平方向,且比值一般随着楼层的升高有增大的趋势;垂向和水平方向的信号频谱特征和峰值速度响应随楼层变化无明显变化规律可循。     

基于小波包变换的爆破振动信号能量熵特征分析

爆破振动信号是典型的短时非平稳随机信号。应用多分辨率特点的小波包变换对爆破振动信号进行多层分解,得到信号能量分布的细节信息。根据建立在概率统计基础上的信息熵概念,推导得到爆破振动信号能量熵计算方法。分析了4种类型爆破振动信号的能量熵,熵值由大到小为:隧道爆破、管道爆炸、台阶爆破、塌落振动。结果表明,能量熵能够反映不同类型爆破对振动信号的影响。提出将能量熵作为爆破振动信号的新特征量,为爆破振动信号特征提取、不同爆破类型振动信号识别和爆破振动预测提供一种新思路。     

隧道近区爆破振动动应变测试及其应用

隧道爆破振动动应变测试可以直接反映岩体或支护结构的应力状况,明确爆破冲击对隧道围岩及支护结构的扰动情况,对隧道近区爆破有重要意义。以京张高铁八达岭长城站项目为依托,通过对测试系统的减振保护和连接加固来改进现场爆破动应变测试环境,较准确地测出现场隧道初期支护的爆破振动动应变,给出隧道爆破动应变在隧道迎爆侧及背爆侧、隧道环向及纵向的分布规律。结合爆破振速监测,研究爆破动应变与振速的相关性,提出一种在建隧道结构允许振动速度标准的确定方法,该方法基于现场实测得到爆破动应变与振速的相关性及隧道结构允许动应变来计算确定。研究表明:隧道初期支护现场爆破振动动应变测试是可行和可靠的;隧道初期支护迎爆侧的动应变比背爆侧大,沿隧道环向的动应变比沿隧道纵向大,隧道交叉口区域的纵向动应变显著增大;爆破振动速度与动应变存在较好的正线性相关性,即动应变越大,振动速度越高;该方法能确定在建隧道结构的允许振动速度,并为在建隧道的爆破振动保护提供参考。