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        變距中夾巖柱隧道振動信號研究

        2018-09-17 09:33:52宋永威單仁亮黃鵬程孟馳張書鵬趙偉王夢楠
        科教導刊·電子版 2018年24期

        宋永威 單仁亮 黃鵬程 孟馳 張書鵬 趙偉 王夢楠

        摘 要 以黑峪隧道改擴建為工程背景,采用小波包研究了爆破振動引起變距中夾巖柱振動信號的頻率特性,結果表明:隨著爆破次數的增加,各測點的爆心距逐漸增大,各測點三向振動能量逐漸向低頻帶過度,低頻帶能量百分比逐漸增大,但能量逐漸減小,3次爆破各測點三向0~93.75Hz范圍內能量均高于90%,說明爆破振動信號的能量主要集中在0~93.75區(qū)間,其中0~62.5Hz區(qū)間最為集中。

        關鍵詞 爆破 小波包 能量 頻率

        中圖分類號:U452.2 文獻標識碼:A

        0前言

        小波變換的頻帶劃分不均勻,但具有高頻和低頻的特點,導致高頻信號分辨率低。小波包作為多分辨率分析的進一步推廣,可以為信號分析提供更精確的方法。它將帶多層次劃分,沒有進一步分解多尺度分割的高頻部分,根據自適應信號分析的特點是根據波段選擇,它與信號的頻譜,從而提高時頻分辨率,因此具有廣泛的應用價值。一般來說,多分辨分析只分解信號的近似部分。其細節(jié)部分保留作為分解結果,不再分解;而小波包分解則對兩者同時分解,使得分解序列在整個時域內都具有較高的分辨率且有相同的帶寬。

        爆破振動信號的小波包分析,是通過Matlab內置小波包編程對信號進行頻帶多層次劃分,小波包多分辨率分析的進一步分解為低頻和高頻,并根據自適應信號特點選擇相應的頻帶,可以與信號頻譜相匹配,從而實現(xiàn)對爆破振動信號的特征提取的目的。

        本文以黑峪隧道改擴建為工程背景,研究了中夾巖柱原隧道側的振動信號的特征規(guī)律。

        1監(jiān)測方案

        研究對象為K17+718~K17+808段黑峪隧道原隧道,凈寬約4.3~6.3m,邊墻高約3.4~5.3m。由于原隧道1.5m高處與新建隧道爆破斷面中心為同一高程,屬等效藥量最大處,因此主要監(jiān)測此高程的爆破振動特征,將振速傳感器布置在既有隧道靠近開挖側的直墻上高1.5m,每隔5m布置一側點,同時由于原隧道頂部常年風化,因此也對其進行了監(jiān)測,詳見圖1,爆破振動測振儀自動存儲數據,經處理后對爆破振動信號進行分析。傳感器x方向沿隧道進深方向(軸向),傳感器y方向垂直于隧道軸線沿水平方向,傳感器z方向垂直隧道軸線豎直向上(切向)。由于原隧道已經填埋至K17+760斷面,因此不再隨著施工進度的進展繼續(xù)在原隧道內繼續(xù)布點。

        采用爆破測振儀M20對爆破過程實時監(jiān)測,運用Matlab軟件對監(jiān)測的數據進行小波包分析,得出各測點振動能量,推導振動頻率的衰減特性。

        2監(jiān)測結果分析

        由圖2可知:第1次爆破0~15.625 Hz、15.625~31.25 Hz、31.25~46.875 Hz、46.875~62.5 Hz、62.5~78.125 Hz、78.125~93.75 Hz、93.75~109.375 Hz、109.375~125 Hz、125~140.635 Hz、140.635~500 Hz能量百分比最大值分別為10.77%、58.72%、54.78%、40.52%、32.04%、9.01%、4.2%、1.24%、1%、0.14%,說明爆破振動信號的能量主要集中在0~93.75區(qū)間,而0~15.625區(qū)間只有6%左右,第2次爆破0~15.625 Hz區(qū)間能量百分比最大高達40.63%最小為5.1%,絕大多數都高于10%,第3次爆破0~15.625 Hz區(qū)間能量百分比最低為1號測點的4.17%,其他測點最低為12.6%,第4、5、6、7次爆破0~15.625 Hz區(qū)間能量百分比主次增加,最大值分別為44.63%、82.85%、60.82%、73.71%,由此可以發(fā)現(xiàn),隨著爆破次數的增加,低頻段的能量百分比逐漸增大,雖有個別點出現(xiàn)了減小的現(xiàn)象,但總體趨勢為逐漸增大。

        第1、2、3次爆破1號測點x方向在0~46.875 Hz范圍內的爆破能量百分比分別為43.25%、84.25%、89.48%,在0~62.5 Hz范圍內的爆破能量百分比分別為68.84%、96.97%、98.91%、,在0~93.75 Hz范圍內的爆破能量百分比分別為95.46%、99.09%、99.98%,由此可知第1、2、3次爆破1號測點x方向主要集中在93.75Hz以下,大于100Hz的能量微乎其微,甚至不足1%,只有極個別點能量大于1%,但也沒有超過5%。同理可得其他各測點振動能量也在100Hz以下。且主要集中在0~62.5 Hz區(qū)間。

        3結語

        隨著爆破次數的增加(掘進深度增加),各測點與爆源的距離(爆心距)增加,各測點的振動頻率逐漸降低,主振頻帶逐漸向低頻帶過度,低頻帶的能量百分比逐漸增大,3次爆破各測點三向0~93.75Hz范圍內能量均高于90%,說明爆破振動信號的能量主要集中在0~93.75區(qū)間,其中0~62.5Hz區(qū)間最為集中。

        作者簡介;宋永威 (1991-) 男,河南省許昌市人,博士研究生,巖土工程。

        參考文獻

        [1] 陸菜平,竇林名,吳興榮等.巖體微震監(jiān)測的頻譜分析與信號識別[J].巖土工程學報, 2005, 27(07):772-775.

        [2] 言志信,王后裕.爆破地震效應及安全[M].科學出版社,2011:46-48.

        [3] 張德豐. MATLAB小波分析[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

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