基于变分模态分解的深埋洞室爆破开挖围岩振动特性分析

摘要

深埋洞室高地应力爆破开挖产生的围岩振动包含爆炸地震波和爆破开挖面上地应力快速释放诱发的地震波,二者在时域上没有明显的分界点,这给单独研究爆炸地震波和诱发地震波的振动特性及其围岩动力响应带来了很大的不便。首次采用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)方法对典型深埋洞室爆破开挖产生的爆炸地震波和诱发地震波进行了分离,并对其可靠性进行了验证,在此基础上基于实测数据分析研究了爆炸地震波和诱发地震波的频率特性及其质点峰值振动速度(PPV)衰减规律。研究结果表明,VMD方法因能自适应地确定所给信号的模态分解个数并匹配每种模态分量的最佳中心频率和有限带宽,可以有效实现深埋洞室爆破开挖爆炸地震波和诱发地震波的分离;诱发地震波的中心频率明显低于爆炸地震波的中心频率,诱发地震波的存在使得围岩振动低频成分显著增加;相比于爆炸地震波,诱发地震波随距离衰减较慢,是中远区围岩振动的主要成分。