软弱夹层对爆炸应力波传播过程的影响研究

针对含软弱夹层岩体爆炸应力波的传播过程,采用数值模拟的方法,探讨了软弱夹层厚度、位置及角度对爆炸应力波传播的影响规律。研究结果表明:爆炸应力波在软弱夹层界面处发生反射,产生的拉伸应力波使应力波能量在迎波面汇聚,加剧该部分岩体的破坏程度。随着软弱夹层厚度的增加,前方岩体拉应力峰值增长作用由近迎波面岩体向炮孔周边岩体传播,拉应力峰值增长率逐渐提高;同时,夹层阻隔作用增强,后方岩体有效应力峰值衰减加快。软弱夹层与起爆中心的间距减小使得夹层前方岩体拉应力峰值显著增长,而对夹层后方岩体的阻隔作用逐渐减弱。应力波能量主要汇聚在软弱夹层的垂直方向,致使岩体爆破产生的裂缝偏离水平测线方向而向软弱夹层法线方向发展。研究成果可用于指导类似地层隧道爆破施工设计。     

爆破作用下岩体顺倾软弱夹层的变形规律研究

当炮孔穿过含顺倾软弱夹层边坡时,爆炸冲击波与爆生气体不可避免地对软弱夹层产生推移、使其变形.利用ANSYS/LS-DYNA建立含软弱夹层的顺倾岩质边坡台阶爆破的有限元模型,分析了抵抗线、夹层初始厚度、夹层倾角这3个主要因素条件下,爆破作用下岩体顺倾软弱夹层的变形规律:1)随着抵抗线的增加,爆腔范围也越来越大,其厚度也随之越变越厚;2)夹层初始厚度越薄,爆破后夹层厚度增加率越大,同时也越容易被推移;3)随着夹层倾角的增加,夹层厚度峰值也随着增加,但其最终夹层厚度随夹层倾角的增加而减小.     

基于小波包变换的高程差对爆破震动信号影响分析

爆破施工现场地形一般都有一定的起伏,爆破地点与被保护目标具有一定的高程差。为了研究高程差对爆破震动信号特性影响,依托工程实践,采集了大量爆破震动信号。分析表明正的高程差对爆破地震波峰值具有放大效应,并且放大效应在一定的范围内存在。利用小波包分析的信号处理方法对高程差影响下的爆破震动信号能量分布和时频特征进行了研究。研究表明,正高程差使爆破震动信号中的低频成分增多,低频成分在整个信号中的能量分布有增大趋势,这一特点对爆破地点周围目标保护不利。分析高程差对爆破震动信号的影响,从而优化爆破设计,更好地保护爆破地点周围的目标。结论具有重要的现实意义。     

爆破作用对软弱夹层岩质边坡稳定性影响试验研究

根据含软弱夹层顺层岩质边坡爆破中产生爆破振动和层裂效应的特点,推导了在顺层岩质边坡爆破时的边坡稳定性系数计算公式,并以顺层岩质边坡模型爆破试验实测数据为基础,按极限平衡法进行了爆破作用下顺层岩质边坡的稳定性分析.对试验结果的计算分析表明,爆破瞬间,爆破振动和层裂效应导致边坡稳定性降至极限平衡状态附近,易产生一定位移,稳定性系数降幅达64%;爆破后,层裂效应导致边坡自稳能力降低,其降幅达30%-35%,这与试验现象吻合较好.据此提出了适合顺层岩质边坡爆破的开挖方法以及相应的防护措施,为此类顺层岩质边坡爆破的优化设计提供了理论依据.     

含软弱夹层的顺层岩体台阶深孔爆破试验研究

为解决含有软弱夹层的顺层油母页岩岩体台阶爆破后大块与尾矿较高等问题,采用声波探测方法确定软弱夹层的倾角与厚度,并且改变孔径、孔距、单耗、药包与软弱夹层相对位置设计爆破方案,对含软弱夹层顺层岩体台阶进行深孔爆破试验。试验结果表明:爆破效果随孔距、单耗、孔径的增大逐渐变差;分析得出药包与软弱夹层的间距是影响含有软弱夹层岩体台阶爆破效果最重要的因素。当药包在软弱夹层位置时爆破效果最差,在满足充填高度的要求下爆破效果随药包在软弱夹层上方且随相对距离加大逐渐变好,当药包位于软弱夹层上部2.5 m时爆破效果最好,尾矿8.64%、大块1.52%、滑动等级I级、滑动后岩石与运输线路间距离2.27~2.61 m。     

减震沟对爆破地震波能量特性影响试验研究

在减震沟两侧相邻区域内布设五个测点,对爆破震动试验展开监测。采用小波包能量谱分析法对采集的爆破振动信号进行分析,得到地震波经过减震沟的能量变化情况及各个测点的能量分布。试验与分析结果表明,减震沟对爆破地震波能量具有有效的衰减作用,但在沟后一定距离上存在能量放大现象;减震沟对初始能量主要分布在中高频的信号具有降频作用,对初始能量主要分布在低频的信号具有升频作用。     

爆破飞石受软弱夹层影响分析及其在复杂环境下的控制

分析了在软弱夹层地质条件下爆破飞石产生的原因及机理,根据软弱夹层产生爆破飞石的特点,区分了在软弱夹层和一般岩体条件下飞石产生的差别。在软弱夹层的地质条件下以及城镇复杂的爆破环境下,给出了合理有效控制爆破飞石的措施。     

软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展影响的研究

为研究平行于炮孔的软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展的影响,通过制作含不同软弱夹层的水泥砂浆试块进行爆破模拟试验,并用高速摄影仪对试块爆破裂纹扩展过程进行观测。同时,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对含不同软弱夹层试块的爆破裂纹扩展起因进行数值模拟分析。结果表明：随着软弱夹层强度的降低,软弱夹层侧爆炸反射应力波强度逐渐增加、透射应力波强度逐渐降低,这使得软弱夹层侧裂纹扩展速度逐渐增加、裂纹扩展也越充分。同时,随着软弱夹层强度的降低,爆炸应力波在软弱夹层侧的衰减速度逐渐加快。试验结果与数值模拟结果具有较强的一致性,表明数值模拟对实践具有一定的指导意义。     

预裂爆破震动规律的试验研究

通过爆破震动观测与分析,研究了预裂爆破条件下的爆破震动特点和规律。预裂爆破本身所诱发的爆破地震强度必须关注。与预裂面的距离、预裂孔的单响药量和单孔药量、预裂孔与主爆孔之间起爆时差对爆破震动强度都有影响。     

爆破作用下岩体层间软弱夹层爆腔推移规律研究

通过对含层间软弱夹层的单孔露天台阶模型爆破过程的高速摄像实验,在拍摄速度为每秒20 000和30 000幅条件下观测到爆破作用下爆腔的整个发展过程,得出了爆腔的推移规律:药量、含水率、抵抗线对爆腔发展规律影响不尽相同,药量因素影响最大、抵抗线因素次之、含水率因素影响最小;在爆腔成形之前均经历了约300～500 μs的爆腔半径迅速增加区;相同条件下,同一时刻任何一个影响因素中增加时,爆腔半径也相应地变大,增加幅度约为:1.2～2.2倍.     

基于CEEMD低通的隧道爆破振动信号去噪

为了消除隧道爆破振动信号中无规则混杂的噪声,引入了一种基于CEEMD(互补集合经验模态分解)的低通去噪方法。首先对模拟正弦信号进行EMD、EEMD、CEEMD分解,验证CEEMD分解方法的优越性,然后使用EMD和CEEMD低通方法分别对新鼓山隧道爆破信号进行去噪处理,结果表明该方法不仅克服了小波类去噪基函数选择困难和EMD模态混叠的问题,还能够使爆破波形保留其真实性和完整性,为爆破信号的精确处理奠定了基础。     

爆破振动对临近尾矿坝的安全影响分析

为了探求采场爆破对临近尾矿库坝体稳定性的影响程度,进行了4次不同爆破参数采场爆破实验,并对爆破实验的振动影响进行监测。采用萨道夫斯基爆破振动经验公式计算爆破振动速度,为了得到更准确、更可靠的k、α值,对监测数据进行线性拟合,变换出适合该矿的萨道夫斯基爆破振动公式;根据该公式对不同振动速度控制标准下的起爆炸药量和最小安全距离关系进行了预测,对不同振动速度控制标准下的安全距离与允许最大起爆药量进行了估算。研究结果对矿山露天爆破最大药量和安全距离的选取具有一定的现场指导意义。     

改进的局部均值分解法在爆破振动去噪中的应用

为了解决爆破振动信号的处理精度极易受到噪声信号的干扰的问题,在局部均值分解法(LMD)和总体平均局部均值分解法(ELMD)的基础上,提出了利用自适应互补集合局部均值分解方法(CELMDAN)分解原始信号,然后采用小波阈值法对获得的乘积函数(PF)分量进行去噪,提高了爆破振动信号去噪的精度。结果表明CELMDAN-WT方法有效地识别破振动信号中的噪声信号,实现了信号与噪声的分离,具有良好的自适应性,在爆破信号去噪中有良好的效果。     

延时间隔对爆破振动信号时频特征的影响

为探索延时间隔对临近边坡爆破振动峰值速度、主频和信号中的能量分布等影响,在贵州某石灰石露天矿爆破施工现场进行爆破振动测试。采用小波包分析方法对不同延时间隔(25、42、65 ms)的爆破振动信号进行分析研究。结果表明,在相同爆心距条件下采用65 ms延时的爆破振动峰值速度最小,爆破振动信号的能量主要集中在0～62.5 Hz的中低频带,但是不同频带中的能量占比略有差异。随着延时间隔由65 ms减小至25 ms,其0～15.6 Hz频带的能量从54.01%增加至93.33%,15.7～62.5 Hz频带的能量从45.61%减小至6.61%,即随着延时间隔的降低,其爆破振动信号能量往低频带集中,而该频带非常接近边坡的固有频率,对边坡稳定性不利。     

爆破振动信号3种经验模态分解差异性研究

为了准确评估冻结立井爆破对井壁产生的影响,采用井壁预埋法对大药量爆破下井壁的振动响应进行了监测。利用EMD、EEMD和CEEMD典型经验模态算法对井壁信号进行了分析,并结合时频谱对分解和重构效果进行了综合评价。分析结果表明:受测试环境影响,爆破信号中普遍含有噪声等干扰成分。EMD分解存在明显模态混叠和端点效应,EEMD分解虽对模态混叠现象有所改善,但去噪效果仍不理想,CEEMD分解对模态混叠和噪声消除方面均具有很好的处理效果。CEEMD重构信号时频谱能够深刻揭示爆破能量在时频域上的分布且对干扰成分不敏感,适合用于批量信号的预处理过程。分析结果对于爆破能量识别和振动损伤控制具有积极的现实意义。     

爆破地震波穿越边坡软弱夹层时的衰减特征

为防止含软弱夹层的岩质边坡受爆破地震波的影响发生滑动变形而失稳,形成滑坡灾害,研究了地震波穿越软弱夹层时的衰减特征。建立相似实验模型和动力有限元数值模型,对软弱夹层两侧岩体的振动速度、加速度进行了对比。结果表明,地震波穿过软弱夹层后其振动速度和加速度显著减弱,软弱夹层与两侧岩体的波阻抗比值越小,地震波振动速度衰减程度越高,若夹层与两侧岩体的波阻抗之比达到1∶10以上时,振动速度可降低80%以上。地震波穿过顺倾软弱夹层时衰减幅度较反倾夹层略大。由于软弱夹层振动幅值发生突变,软弱夹层内产生了附加剪切作用力,可导致软弱夹层的损伤或破坏。     

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...     

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。     

基于HHT方法对紧邻既有隧道爆破振动信号的分析

为了研究爆破振动对紧邻既有隧道的影响,以京张高铁地下车站3条紧邻平行隧道的爆破振动信号为基础,采用HHT方法分析小间距隧道爆破时在紧邻既有隧道迎爆侧洞壁处的振动信号,绘制出实测爆破振动波形的Hilbert谱、边际谱和瞬时能量图,并对其进行分析。结果表明,在此工程情况下,振幅最大的频率主要集中在40 Hz;掏槽孔处爆破振动能量最大,在后续施工过程中需针对性采取控爆措施。     

基于单孔爆破的节理裂隙减振模型试验研究

在复杂环境的城市地下工程进行爆破开挖,对青岛地铁控制爆破振动危害提出了极高标准;基于考虑富含天然裂隙岩石地质条件下,通过模型试验研究了岩体裂隙对爆破振动波传播规律的影响。试验结果表明,岩体裂隙的存在阻碍了爆破振动波的传播,明显降低了爆破振动效应,当增加装药量时,爆破振动效应就越强且趋势变快,爆破振动频率也越靠近建筑物固有频率;当裂隙深度发育越深时,爆破振动效应就越弱,可裂隙深度过大,降低爆破振动效应程度并不明显;同时裂隙深度的发育,对各向爆破振动频率影响趋势基本一致,表现出波动性极小。波形频谱表明单孔爆破试验中爆破振动信号波形简单,振动峰值和频率单一。