浅埋隧道掘进爆破振动特性、预报及控制技术研究

摘要

爆破是岩石开挖工程中最常用的一种施工方法。在城镇控制爆破施工中，爆破振动对环境的危害及导致的纠纷是制约控制爆破技术应用的瓶颈问题。爆破振动受多方面因素影响，其波谱具有强烈的随机性、模糊性和不确定性。因此，爆破振动的传播特性及其预报方法是研究爆破危害中的一个重点和难点。 本文在这一领域开展的研究工作及取得的创新成果主要有1.提出了爆破地震等效震源的计算方法，并得出柱状装药爆破地震波在粘弹性介质中传播解析解。 2.建立了隧道掘进爆破振动数值模拟的计算模型，并根据计算结果分析了浅埋隧道掘进过程中爆破地震波的近场效应、传播特性、地面振动特征和对临近已开挖隧道的影响。 3.借助小波分析，建立了隧道掘进爆破振动信号的分析方法，用以分析浅埋隧道掘进爆破地震波的特性。 4.建立了基于BP神经网络的隧道掘进爆破振动速度峰值的预报方法，并将其应用于泰安抽水蓄能电站尾水隧道掘进爆破危害的预报。结果表明，对隧道掘进爆破振动效应的预报，本法的精度均优于传统的萨道夫斯基经验公式预测方法。 5.通过构建单孔爆破地震响应函数和多孔微差爆破条件下的地震响应函数，提出了爆破振动波形预测方法。 6.提出了爆破振动的控制方法，并成功地用于实际工程，取得了良好的社会效益与经济效益，表明方法具有实用价值。 7.完成了对泰安抽水蓄能电站尾水隧道掘进爆破地震对我国南北铁路大动脉——京沪铁路危害实时监测，获取了浅埋隧道掘进爆破地面振动的宝贵数据。为数值模拟结果、隧道掘进爆破振动速度峰值的BP神经网络预报方法提供了检验依据。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究目的和意义

1.2研究历史与现状

1.2.1爆破震源的研究

1.2.2爆破地震效应的研究

1.2.3爆破地震安全判据及预测方法的研究

1.2.4隧道掘进爆破振动的研究

1.3本文主要研究内容

第二章柱状装药爆破地震波在粘弹性介质中传播的解析解

2.1引言

2.2爆破地震波的特征

2.2.1爆破地震波的类型

2.2.2爆破地震波的频谱

2.2.3爆破地震波的传播速度

2.3柱状装药爆炸的等效震源

2.3.1爆破作用分区的变形与破坏特征

2.3.2爆破空腔及粉碎区半径

2.4柱状装药爆破地震波在粘弹性介质中传播的解析

2.4.1基本方程

2.4.2波动方程的Lap1ace解

2.4.3位移衰减规律

2.5本章小结

第三章浅埋隧道掘进爆破振动的数值模拟

3.1引言

3.2基本原理

3.2.1控制方程

3.2.2沙漏粘性与人工体积粘性控制

3.3计算模型及计算参数

3.3.1计算区域

3.3.2岩土介质的本构模型

3.3.3炸药爆炸作用的模拟

3.3.4时间步长

3.3.5边界条件与算法

3.4计算结果与分析

3.4.1计算结果

3.4.2结果分析

3.5本章小结

第四章浅埋隧道掘进爆破振动的现场监测

4.1工程背景

4.2监测方案

4.2.1爆破振动速度测点的布置

4.2.2爆破振动速度监测仪器

4.3爆破振动速度监测结果

4.4爆破振动峰值速度的传播规律

4.5爆破振动峰值速度的变化规律

4.6爆破地震波的频谱(FFT变换)

4.6.1地震波频谱

4.6.2地震主频率

4.7本章小结

第五章浅埋隧道掘进爆破振动特性小波分析

5.1小波分析基本原理

5.1.1概述

5.1.2小波及小波包算法

5.1.3小波包基的选择

5.1.4小波能量分析的原理

5.2实测信号特性的小波分析

5.2.1频谱特性

5.2.2不同频带能量分布规律

5.3数值计算结果的小波分析

5.3.1地面质点的振动特性

5.3.2近区的爆破振动特性

5.3.3模拟结果与实测信号的比较

5.4本章小结

第六章隧道掘进爆破振动对既有隧道影响的数值模拟

6.1引言

6.2计算模型与输入参数

6.3计算结果与分析

6.3.1计算结果

6.3.2结果分析

6.4本章小结

第七章爆破振动的预测与控制技术

7.1基于BP神经网络的隧道掘进爆破振动预测方法

7.1.1传统预测方法

7.1.2 BP神经网络

7.1.3隧道掘进爆破振动速度峰值的BP神经网络预报模型

7.1.4应用实例

7.2基于经验公式的爆破振动预测方法

7.2.1信号波形仿真

7.2.2爆破振动速度与频率

7.3爆破振动危害控制技术

7.3.1安全判据

7.3.2控制爆破地震波振幅

7.3.3控制爆破地震波频率

7.4应用实例

7.4.1工程概况

7.4.2深孔爆破减震、控飞技术

7.4.3实测波形与仿真波形比较

7.5本章小结

第八章结语

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果