文摘

地震波引起的水下钻探和爆破可能产生不利影响周围的结构。粒子速度峰值(PPV)已经被广泛用于反映地震波的强度,同时该方法没有考虑其他影响参数。合成PPV和持续时间,地震波能量(理念)是用来量化强度,和采用时频分析的方法来研究振动频率的特征。此外,本文推导出了预测公式通过维度层面分析。根据实际工程的衰减特征层面分析了水下钻探和爆破引起的小波变换和自适应最优内核(极好的)的时频分析方法。结果表明,主导频率水平切向方向的水平径向和垂直是不同的,在高频波段的能量非常低。此外,频率越低,瑞典文的衰减越慢。比较与其他PPV的预测公式,拟合的理念帮助预测公式的研究将实现更精确的预测结果。

1。介绍

水下钻孔和爆破已成为一个重要的岩石开挖方法在港口等建设项目,码头和渠道。与水路运输的发展,此类项目大幅增加和大型岩体体积和大型项目爆炸性的趋势。在水下爆破工程中,只有20%到30%的能源释放的炸药爆炸破坏岩体,而其余周边环境产生不利影响,如地震波,冲击波,灰尘和烟雾,飞的岩石。(1- - - - - -3]。其中,地震波是最具破坏性。也就是说,最有效的方法来减少不利影响是控制地震波的强度。

地震波的三个关键元素包括粒子速度峰值(PPV),频率和持续时间。PPV经常被用来量化地震波的强度,和价值被认为是影响炸药的量,测量的距离blast-face点,和开挖区域的地质条件。在一个特定的网站,地质条件和距离测量指向blast-face唯一确定。因此,实地测试应用于预测PPV和爆炸性的指控的数量调整到较低价值的安全范围。通过实验数据,推导了PPV的预测公式很多学者(4- - - - - -7]。,高差的因素β介绍了修改预测公式(8,9]。振动衰减法和海拔的影响水下钻探和爆破研究了非线性回归和健壮的回归(10,11]。顾et al。12,13水深)推导出修正后的公式,并获得ppv在水的底部和海岸。为了提高预测精度,遗传算法已广泛应用以适应PPV [13- - - - - -15]。口和辛格16- - - - - -18PPV)应用各种人工神经网络来预测,取得了良好的效果。刘等人。19水下爆破引起的PPV)研究基于灰色关联分析和遗传神经网络的结合。

地震波频率接近时结构固有频率,可能损坏的结构共振。由于连续爆破振动,容许振动速度的结构可能会大幅减少。因此,地震波的频率和持续时间对附近的结构也有巨大的影响力。陆教授的研究小组研究了爆破的分布特征和衰减法频率不同工程条件下(20.,21]。钟等。22]讨论了持续时间的影响参数,建立了量纲分析的帮助下的预测公式。水下爆破工程而言,彭et al。23]推导出振动频率之间的功能关系和其他相关影响参数。Lia et al。24PPV)提出了一种新的预测模型,体现了地质因素的影响,岩石属性和工程类别。

上面的研究都是基于单因素对地震波的强度,而不考虑所有的因素。因此,许多学者研究了地震波从地震波能量的角度(理念)。Sanchidrian et al。25]爆炸能量的元素分为3部分,破碎能量,地震能量,和动能,并推导出相应的计算公式。李等人。26]研究层面的分布特征在不同形式的爆破和获得能量衰减的预测公式。凌和李27和杨et al。28)的分布特点及安全控制方法研究层面的帮助下小波变换和时频分析。上述研究表明,瑞典文的参数可以完全反映地震波的特点。

以上研究主要是基于土地爆破,而水下钻探和爆破是完全不同于土地爆破媒体由于水的存在。因此,本文推导出总能量的衰减公式的地震波信号分析的基础上,粒子的能量。许多现场测量数据收集,瑞典文的分布特征及衰减规律在不同频段的帮助下研究了小波变换和极好的时频分析。此外,采用衰减公式来预测实际工程的理念。

2。理论研究

2.1。PPV的预测公式

的共识,粒子振动速度可以用来描述地震波的强度。通过分析大量的实测数据,研究人员推断PPV的各种预测公式,所示表的一部分1(4- - - - - -7]。在水下钻探和爆破工程中,监视点只能在河岸的斜坡上设置。深水环境下的深度、高差的影响对地震波的传播也将大幅增加。中国建筑技术规范(cct) [9PPV)提出了一个预测公式涉及高度的影响,见表1。在表中,问每延迟是最大的费用,R测量的距离blast-face点,H是测量的高度点blast-face,然后呢k,α,β相关的参数传输媒介。

2.2。我们的预测公式

当研究爆破地震波对周围环境产生影响,动能的主要因素是担心。在时间t,SWE基本质量在太空中可以表示如下: 在哪里SWE时刻吗 , 是基本的质量,速度在时间吗 。

离开了质点的影响,SWE /质量单位可以推导出如下:

因此,能源/质量单位E整个过程的爆破振动可以通过计算

爆破地震波是一个随机信号和瞬态特性。爆破地震波的形成和传播受到众多因素的影响,也很难建立预测公式将所有的因素考虑在内。因此,仅仅几个主要影响参数选择研究。量纲分析(DA)技术一直在执行主要影响参数提出一个新的公式(29日]。

一般来说,PPV ( ),地震波能量(E),地震波频率(f),地震波持续时间(t)是主要的参数来描述爆破地震波的影响(13,30.]。在水下爆破工程中,每延迟和最大充电距离测量指向blast-face SWE主持,有显著影响,地质条件和岩石性质也有重大影响26,31日]。因此,每延迟(最大充电问),距离测量指向blast-face (R),高度从测量角度blast-face (H)、井深(h),延迟时间间隔(T_d),岩体密度(ρ)和介质地震波速度(c)被选为主要的物理量。因此,普遍认为,地震波的传播过程引起的水下钻探和爆破涉及11个参数,如表所示2。

从表中可以看到,完全11个影响参数采用量化引起的地震波的强度水下钻探和爆破。根据定理,问,R,c选择基本的物理变量(13]:

假设无因次群,来标示的价值可以通过以下解决复合公式: 在哪里变量除了上述基本物理变量表2;x,y,z是待定系数。

根据无量纲齐次定理,变量可以通过以下公式计算:

作为x₁= 0,y₁= 0,z₁=−1,简化公式描述如下:

为方便分析,其他简化公式给出:

结合方程(4),(7)和(8),可以表示如下:

自产品的几个无量纲值仍然是一个无量纲值,类似的方程无因次群相关理念可以描述如下:

根据方程(9)和(10),有一定的功能之间的关系 , ,和 。作为参数c和ρ某网站可视为常数(8),这个函数可以表示如下:

指Sadaovsk公式,假设 , ,和 ,和瑞典文的预测公式可以推导如下: 在哪里SWE,厘米²/秒²;k_E,α_E,β_E相关的参数传输媒介。

3所示。案例研究

3.1。工程项目简介

九龙坡Chaotianmen达到建设项目在长江上游位于重庆市区中部,中国。达到的长度大约是22公里。设计水位的三峡至175米,到达位于上层变动回水区,维护工作量将增加与年甚至可能形成新的淤泥浅滩。有5个珊瑚礁在疏浚工程,爆炸和珊瑚礁的总量大约是154000米³。本研究的测量数据收集从Zuanzhaozi礁,充斥着温和和强风化砂岩。长度、宽度和高度的珊瑚礁,分别210米、90米和171米。施工期间持续一年。,由于长江水位的季节性变化,建设的水深范围从8到14米。位置和现场条件图中描述1。

水下孔钻的帮助下drill-burst船。单列和多孔爆破工作,孔的数量被选中与珊瑚礁的横截面的形状。为了适应水下爆破环境,采用乳化炸药,爆炸速度是3500米/秒。另外,电网被选中引爆炸药,并与毫秒电雷管延迟时间被用来控制延迟时间间隔。详细的设计参数如表所示3。

3.2。数据监控

爆破地震波的数据收集的tc - 4850爆破振动米,和监视点河岸。振动计有三个渠道,可以从三个方向,收集地震信号水平径向、水平切向和垂直方向。接收到的频率设定在4000 sps,采样时间是1。30组数据被收集在这项研究中,和距离测量指向blast-face由GPS测量。的统计监测数据如表所示4,典型的地震波信号如图2。

4所示。我们的特点

4.1。时频分析

以下4.4.1。小波变换

Mallat [32]提出的概念,当构造正交小波多分辨率分析的基础上,说明了小波的多分辨率特性在几何空间中,并推导出快速算法对小波变换的分解和重构。基本思想是将信号成两个正交subsignals,和 ,与规模j。其中, ,近似信号,对应于低频分量,而 ,细节信号,是高的。接下来,将subsignal到信号和与规模 。因此,信号分解和重构与多分辨率和多尺度分析。小波的分解和重构与规模3所示图3。

4.1.2。极好的时频分析

Baraniuk和琼斯33]提出的自适应最优的思想内核(极好的)时频分析。主要的思想是选择适当的短时模糊度函数和自适应时变核函数。因此,subsignals可以表达的更多细节。极好的时频分布定义如下: 在哪里 是最优的核函数; 是短期模糊度函数;在极坐标下角函数;是时间间隔;和是频率。

短时模糊度函数的定义 如下: 在哪里是对称的窗口函数,的中心是 。

前提是 ,信号的核函数就可以计算的范围 ,虽然短期模糊度函数可以准确表达的细节。的价值 很容易计算短时模糊度函数的帮助。作为 随着时间的变化, 将可变。 可以通过解决以下优化功能:

约束条件如下所示: 在哪里扩展函数;径向和横向方向之间的角度, 和 ;和是能量径向高斯核的体积。一些self-components内核函数将会被过滤掉的太小了 ,而交叉组件与超大的不能有效地去除α和的理性价值是[1,5][34]。

4.1.3。我们的计算

当地震信号分解层数应由特定的信号和爆破振动频带的米。假定信号分解的层n,即有n+ 1套频段。与随机信号频带极好的分析的时频分析方法,和 在特定的时刻,特定的频率。因此,我们可以解决由以下方程: 在哪里SWE对应吗n频带。

瑞典文的比例相应乐队可以表示为r_n,如下所示:

4.2。我们的特点

的抽样测量地震波的特点,设置采样间隔4000 sps。根据奈奎斯特定理,奈奎斯特频率的测量信号是2000赫兹。测量信号分解为8层小波变换的帮助下,和第八低频小波的带宽(a8) 0∼7.8125赫兹。每个乐队的带宽中描述表5。

采用db8时小波基函数分解和重构测量地震波,重构信号之间的相对误差和测量信号是最小的一个。因此,db8选择小波基函数分解和重构在这项研究中,所有的测量信号,相对误差约为1.02×10⁻¹¹∼2.07×10⁻¹¹,它可以完全满足实际工程的要求。每个乐队的重构信号在垂直方向如图4。

每个重构信号的时频特性和能量密度的帮助下可以获得极好的时频分析,如图5。时频光谱中所描绘的一样,主要集中区域可以明显区分。集中的时间是0.1秒,主要范围从0到125赫兹频率。比较所有的时频特性和能量密度的打击,发现低频段的能量(d5∼d8和a8)是巨大的,而高频乐队(d1∼d4)都很小。d1和d2的时间占据了超过一半的时间,和能量是极低的,这表明这个乐队主要是信号噪声在整个生产过程中爆破。

根据方程(13)∼(16),重构信号的能量在三个方向,总能量,能量比例(表可以计算出来6)。重建信号的能量在每个乐队是描绘在图6。

从表5和图6地震波的能量比例的乐队d5∼d8和a8是完全85%,而其它乐队的能量非常低,这表明主导频率范围从0到125赫兹。d1和d2的高频波段主要噪音信号,可以当学习理念。d3、d4的乐队在125∼500 Hz的范围,这是高于邻近结构的固有振动频率。

的频带范围0∼125 Hz的研究理念的关键。然而,在代码层面有显著差异的不同的方向。水平切向能量最大的价值,和水平径向能量最低。的优势频率范围水平切向、水平径向和垂直方向分别0∼31.25赫兹,15.625∼125 Hz, 7.8125∼62.5赫兹。

4.3。衰减法的理念

5套监测数据与不同距离的blast-face监视点(65米、75米、85米、105米和125米)在同一选择爆破分析层面的特征。能源组件3 5个监视点的方向,水平切向、水平径向和垂直方向,以及总能量计算,如表中所示7。能源组件随距离的衰减规律,可以从图中获得7。

从表6和图7,瑞典文随距离的衰减规律在每个方向大致相同。在同一距离测量指向blast-face,水平切向能量是最小的一个,迅速变弱,而水平径向能量最大的一个变化和相对缓慢。所有在场的地震波能量指数衰减的典型形式,也就是说,当blast-face附近,能量衰减迅速,随着距离的增加,衰减率明显降低。谈到区域远离blast-face,能量衰减非常缓慢。符合地震波的总能量与指数函数的帮助下,和衰减公式所示以下方程:

五大乐队,0∼125赫兹的频率,是用来研究层面的衰减规律。总能量的衰减规律和能源专业每个乐队的一部分,分别描述了数据8和9。

从上面的数据可以看到,每个乐队都经历的总瑞典文指数衰减随距离的增加。其中,总能量的乐队a8和d8最慢衰减,这表明频率越低,能量衰减越温柔。随着距离的增加,能量比例的乐队d5∼d7不断减少,而乐队a8和d8逐渐增加。作为blast-face实测点的距离是125米,乐队的总能量的比例在0∼12.625赫兹的频率高达95.393%。

5。预测的理念和讨论

三十组测量信号是用来分析层面的特点,和每个乐队的总能量E_t由方程(安装12)。的预测公式,采用适合的ppv来衡量。结果如表所示8。

测量的总能量之间的关系E_t预测一个是描绘在图10。数据11- - - - - -15演示测量ppv的偏差与预期相比ppv安装由USBM Langefors-Kihlstrom,印第安标准,Sadaovsk公式,有条件现金资助。检查的容量性能预测模型,平均绝对百分比误差值(日军)是解决通过以下方程: 在哪里和测量值和预测值和吗n是数据的总数。当日军值为零,模型的性能完善。

所有提到的模型的性能指标如表所示9。ppv的预测,日军值通过USBM Langefors-Kihlstrom,印第安标准,Sadaovsk公式,有条件现金资助(4- - - - - -7,9分别是18.459%,27.426%,27.435%,15.897%,和13.566%,这表明PPV cct在预测的准确性优于其他公式。

的性能指标R²和日军的能量预测公式推导出在这项研究中,分别为11.154%和0.96485,优于其它公式的结果。也就是说,能源预测公式具有优秀的性能容量和良好的预测精度。它可以得出结论:采用瑞典文的判断标准地震烈度和拟合能量的帮助下预测公式在这项研究可以实现更准确的预测结果,为安全提供坚实的基础控制地震波的有害影响。

6。结论

PPV的爆破工程,一直是主要的指数来描述地震波的强度。然而,许多国家的安全标准忽视了持续时间和振动频率的影响。本文认为地震波能量指数量化地震强度,提出了地震波能量的预测公式,并获得地震波能量的衰减分布特征和规律。可以得出结论如下:(1)地震波的能量比例由水下钻探和爆破d5∼d8的乐队和a8完全是85%,而在高频波段能量非常低。的优势频率范围水平切向、水平径向和垂直方向分别0∼31.25赫兹,15.625∼125 Hz, 7.8125∼62.5赫兹。(2)所有在场的地震波能量指数衰减的典型形式,也就是说,当blast-face附近,能量衰减迅速,随着距离的增加,衰减率明显降低。谈到区域远离blast-face,能量衰减非常缓慢。(3)PPV的比较与其他预测公式,采用地震波能量的判断标准地震烈度和拟合能量的帮助下预测公式在这项研究可以实现更准确的预测结果,为安全提供坚实的基础控制地震波的有害影响。

数据可用性

可以按照客户要求所有的数据都包含在本研究通过联系相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这个工作是由中国国家自然科学基金(批准号41672260)和湖南科技大学博士科研启动基金(批准号E51884)。