爆破技术水利水电工程论文提纲

论文题目：岩石爆破地震波的成分构成与演化规律

摘要：水利水电工程、矿山开采、交通建设、市政工程等诸多工程领域均涉及到岩石爆破,而爆破地震效应作为公认的爆破公害之首,其预测、评价与控制历来是岩石爆破领域中的重点研究课题,关于这方面的研究也取得了不少成果。但是,目前对爆破振动的预测与控制及现有的安全判据均未将波型考虑在内,而不同类型的波具有不同的运动特性与作用机理,势必引起结构不同的响应特征或破坏模式,忽视爆破振动中波构成类型的分析,一方面会误导对结构破坏机制的认识,另一方面也会对结构的安全评价做出误判。因此,极有必要开展岩石爆破过程中地震波的成分构成与演化规律的研究,以明确爆破振动中不同波的相对权重及作用机理,进而更有针对性地预测与控制爆破振动的危害,具有重要的理论及现实意义。本文围绕“岩石爆破地震波的成分构成与演化规律”这一研究课题,基于理论分析、数值模拟及现场爆破试验等相互结合的方法,开展了一系列研究,主要的研究内容及研究成果如下:（1）基于岩石爆破机理、弹性动力学、应力波传播等基础理论,简要阐释了爆破地震波的形成、分类与特征,综合分析了爆破地震波的震源特性和传播效应,同时借助地震学中极化偏振滤波的思想,提出了一种基于偏振方向的预判快速判别爆破地震波成分构成的方法。（2）全面分析了爆破诱发S波的机理和影响因素,同时通过对三种典型数值模型计算结果的比较,验证了爆破诱发S波的各类影响因素,并对S波的模拟方法进行了探讨。结果表明:爆破诱发S波的因素众多,总体可分为三类:第一类是爆源激发的S波,属初生S波,内在原因在于炸药爆轰的非对称膨胀,而延长药包主要归因于炸药的有限速爆轰;第二类是界面处因波型转换而形成的次生S波;第三类是炮孔近区岩体的非连续剪切变形、破裂、或相对滑动等引发的S波。对于爆破诱发S波的模拟,需综合反映爆破近区岩体的非线性及非连续变形或破裂行为,基于非连续-连续耦合的弹塑性损伤模型可以较好地揭示爆破诱发S波的各影响因素。（3）从理论分析、数值模拟和现场试验三个方面,综合研究了爆破诱发Rayleigh波（R波）的机理及其在自由表面的成长发育特性。结果表明:对于埋藏炸药源,R波并非立即形成于炸药源正上方,而是随着震中距r逐渐成长发育,于r≈0.6h（h为药包埋深）处开始形成,r＞2.0h时,可以初步识别到R波,当r达到约5.0h时,R波发育充分且可被明显识别;对于埋藏球药包,地表爆破振动主要包括P波和R波两种成分,其中水平向的振动基本由P波引起,随r增大,R波将主导竖直向的振动;对于埋藏柱药包,地表爆破振动主要包括P波、S波和R波三种成分,但当R波充分发育时,S波的分量很微弱,且易被R波覆盖,而P波和R波相对权重随r的演化与球药包的爆破类似。（4）基于三个现场爆破试验,研究了垂直爆破孔诱发地震波的成分构成与演化规律,分析了不同位置或不同方向上各种波的相对权重及主导运动的波型,初步划分了不同波的影响作用区,并借助FSWT时频分析技术,探索了爆破地震波的成分构成与频谱结构之间的相关性。结果表明:在垂直孔爆破中,地表爆破振动主要包括P波、S波和R波三种成分,且三种波的相对权重会随波的传播而发生改变;P波在近、远区均为重要成分,且随震中距r增大,其运动逐渐偏向水平向,基本为水平向振动的主导波型;S波仅在近区有相当的分量,从柱药包的辐射模式来看,当r＜2.3h时,S波为主导波,但当R波充分发育时（中远区）,S波的运动比较微弱,且易被R波覆盖;R波逐渐成长发育,且几何衰减较P波慢,当r＞（40～45）h时,竖直向振动的主导波型由P波转换为R波。爆破振动频谱曲线的多峰特征与波的构成类型之间存在依赖关系,爆破振动频谱结构随波传播的改变,一定程度上可归因于爆破地震波不同成分波之间相对权重的演化。（5）基于一组现场爆破试验,结合数值模拟,研究了一类水平光面爆破孔诱发地震波的成分构成及衰减特征,同时分析了相应典型波形的时频谱,并简要探讨了一般轮廓爆破诱发地震波的特性。结果表明:在水平光面爆破中,对于光爆孔同平面上的测点,P波的运动基本可忽略,主要包括S波和R波两种成分,其中水平向的振动主要由R波引起,而竖直向的振动由S波和R波共同引起,近区竖直向的振动由S波主导,但S波的几何衰减较快,当水平比例距离SD达到约22.5 m/kg1/2时,R波成为竖直向振动的主导波型;对于光爆孔平面外的测点,P波的作用不可忽略,若测点距离光爆孔平面足够远（即深度h足够大）,P波将成为主导波型。水平光面爆破诱发地震波的成分构成也与其频谱结构之间存在一定的内在关联,爆破地震波的构成类型与其频率成分之间具有一定的对应关系。

关键词：岩石爆破;爆破地震波;成分构成;演化规律;地震波分区

学科专业：水工结构工程

博士生自认为的论文创新点

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 爆破振动的预测与控制

1.2.2 爆破地震波的传播与演化

1.3 目前研究存在的问题与不足

1.4 本文的研究内容与研究思路

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究思路

第2章 爆破地震波的形成分类与成分判别

2.1 概述

2.1.1 岩石爆破机理及地震波的形成

2.1.2 不同波的控制方程

2.1.3 爆破地震波的分类与特征

2.2 爆破地震波的震源特性

2.2.1 球药包激发的波

2.2.2 短柱药包激发的波

2.2.3 延长药包激发的波

2.3 爆破地震波的传播效应

2.3.1 波的反射与折射

2.3.2 波的耗散与弥散

2.4 爆破地震波成分的判别

2.4.1 偏振方向的预判

2.4.2 判别方法

2.4.3 判别流程

2.5 本章小结

第3章 爆破诱发S波的机理和影响因素分析

3.1 引言

3.2 爆破诱发S波的因素

3.2.1 炸药的有限爆轰

3.2.2 界面处的波型转换

3.2.3 其它诱发因素

3.3 典型数值模型的建立

3.3.1 弹塑性损伤模型

3.3.2 SPH-FEM耦合方法

3.3.3 数值模型与参数

3.4 爆破诱发S波的影响因素数值验证

3.4.1 爆破损伤及变形

3.4.2 药包中截面上的爆破振动波形

3.4.3 地表爆破振动波形的预测

3.5 爆破诱发S波的模拟方法探讨

3.6 本章小结

第4章 爆破诱发Rayleigh波的机理与成长发育特性

4.1 引言

4.2 埋藏炸药源诱发Rayleigh波的机理

4.2.1 球面波在自由表面的反射

4.2.2 柱面波在自由表面的反射

4.2.3 Rayleigh波的形成范围

4.3 埋藏药包爆破的数值模拟

4.3.1 数值模型与参数

4.3.2 球药包爆破的数值计算结果

4.3.3 柱药包爆破的数值计算结果

4.4 现场爆破试验验证

4.4.1 试验概况

4.4.2 试验结果

4.5 本章小结

第5章 垂直爆破孔诱发地震波的成分与演化规律

5.1 引言

5.2 白鹤滩水电站垂直孔爆破试验

5.2.1 试验概况

5.2.2 爆破地震波的成分

5.2.3 P波和S波的相对权重

5.3 丰宁抽水蓄能电站垂直孔爆破试验

5.3.1 试验概况

5.3.2 爆破地震波的成分

5.3.3 P波和R波的相对权重

5.4 舟山石化基地垂直孔爆破试验

5.4.1 试验概况

5.4.2 近区的爆破地震波

5.4.3 中远区的爆破地震波

5.5 爆破地震波的影响作用分区探讨

5.5.1 各种波随距离的演化

5.5.2 各种波影响作用区的划分

5.5.3 讨论

5.6 爆破地震波的成分构成与频谱结构相关性分析

5.6.1 爆破地震波的时频分析

5.6.2 典型波形的时频谱

5.6.3 讨论

5.7 本章小结

第6章 轮廓爆破孔诱发地震波的成分及衰减特征

6.1 实测水平光面爆破诱发的地震波

6.1.1 试验概况

6.1.2 不同位置爆破地震波的成分

6.1.3 各种波的衰减特征及作用评价

6.2 水平光面爆破的数值模拟

6.2.1 数值模型与参数

6.2.2 波成分分析

6.2.3 波在光爆孔平面上的演化

6.2.4 波沿深度方向的演化

6.3 水平光面爆破诱发地震波的时频特征

6.3.1 实测典型波形的时频谱

6.3.2 数值典型波形的时频谱

6.3.3 讨论

6.4 一般轮廓爆破诱发地震波的特性分析

6.4.1 水平光面爆破诱发地震波的特性

6.4.2 边坡预裂爆破诱发地震波的特性

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻博期间参与的科研项目与取得的科研成果

参与的科研项目

致谢