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原文传递隧道掘进爆破地震波传播特性的测定与分析

论文题名：	隧道掘进爆破地震波传播特性的测定与分析
关键词：	隧道爆破开挖;爆破地震波;传播特征;回归分析;小波分析
摘要：	掘进爆破技术，是岩质隧道工程施工体系中的主要施工工艺。掘进爆破施工，不可避免地产生爆破地震效应，这不仅直接影响到爆破质量、隧道施工效率和工程经济效益，而且还影响到隧道围岩的稳定、隧道支护的效果以及周围建筑物和构筑物的安全。通过研究爆破地震波传播中的相关特性，为有效地控制爆破地震效应危害的程度，提供技术参考。本文以厂坝铅锌矿1082m水平38线开拓工程为背景，进行隧道掘进爆破地震效应的现场试验，监测爆破引起的隧道底板、腰线围岩上质点的振动速度；在理论分析的基础上，结合大量的现场实测数据，运用FFT变换、小波分析，对隧道开挖爆破地震波传播、波谱特性进行了分析研究。得出的主要结论如下： (1) 通过对实测数据进行回归分析，分别得到了该场地条件下，隧道的底板、腰线部位峰值质点振动速度预测经验公式中的K、α值。腰线上的K、α值不同于底板上的对应值，表明：腰线上J＝23.6．α=00.64,底板上K=184.5， α＝1.68与中硬岩相吻合。所以对巷道的不同部位不能用同一K、α值来一概而论，应充分考虑其空间自由面效应。从测试结果来看，在离爆源相同距离处，腰线上各点振动速度峰值较底板上要剧烈。垂直方向的振动速度比切向和径向的振动速度要大，但切向和径向的振动还是不能忽视，应选取合速度作为安全判据。 (2) 运用小波分析工具对实测数据进行处理分析，并与傅立叶变换的结果作了比较，得出了该段隧道开挖爆破地震波的波谱特性，具体为：垂直方向的速度峰值大于水平、切向方向，峰值出现的时刻比水平方向的要早，振速衰减快，周期长，持续时间短；其主要能量集中频带比水平、切向方向的要低，而且幅值明显高于水平、切向方向震速的功率谱幅值；隧道开挖爆破地震波主要是低频部分，高频部分很少，而且能量相对集中在较低的频带上；随着地震波的传播，高频部分的衰减比低频部分要快的多；距爆源相同距离处腰线和底板上的频谱分布大致相同，腰线测点较底板测点的振动速度峰值大，但是频谱分布一致。隧道爆破地震波信号的主要能量集中在31.25～62.5Hz，62.5～125Hz这两个频带上；垂直方向振动主要能量集中频带较径向和切向要小；在底板同一测点处，径向较切向振动峰值要大些，但是频率能量分布大致相同。同一次开挖爆破在不同点的振动速度不同，但是在一定的范围内各点的主振频率和能量分布还是一致的；随着最大齐爆药量的增加，振动速度增加，主振频率降低。小波变换具有可调的时频窗，因而可在不同的频带上对爆破振动信号进行时频域分析；仅由傅立叶变换对爆破振动信号进行分析，其结果有可能包含若干高频干扰成分从而影响真实频率特征，而这些高频率干扰成分运用小波变换检出后就能够准确得出反映爆破的主要波谱特征。如何从爆破振动测试信号中提取真实爆破振动信号方面，小波变换具有其独特的优点。傅立叶变换在频谱分析中存在较大的局限性，只有二者结合运用才能了解信号的真正频谱特性。 (3)从力学角度对爆破地震波对建(构)筑物和隧道等连续性设施物的危害机制进行了分析，在此基础上对爆破振动破坏判据进行了探讨，提出了基于小波时～能分析爆破振动破坏判据的建议。
作者：	杨飞
专业：	工程力学
导师：	徐国元
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文