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《武汉大学》 2007年
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基于能量原理的爆破地震效应研究

李洪涛  
【摘要】: 爆破技术在水利、矿山、交通和城建等行业发挥越来越重要的作用,爆破诱发的爆破地震负面效应,特别是爆破地震对周围建(构)筑物和设施所造成的危害,越来越受到关注和重视。爆破地震对建筑物的影响问题,涉及爆炸力学、地震学、岩石动力学和结构动力学等多个学科领域,对爆破地震效应开展深入研究,具有非常重要的理论价值和现实工程意义。 本文从能量的角度出发,围绕爆破地震的能量分布特征、能量衰减规律、建筑物在爆破地震作用下的动力响应特性及爆破地震安全评价等问题,展开了比较深入的研究。 在分析爆破地震波特性和建筑物受震破坏机理的基础上,将爆破地震波产生、传播及对建筑物的影响看作一种能量传递和转化的过程,构建了以能量原理为基础的爆破地震效应研究模型。 从功率谱的物理意义出发,提出了基于功率谱的能量分析方法,利用该方法可以实现爆破振动频率构成的定量分析。将该方法与现在通用的小波变换能量分析方法作了比较,表明本文方法不仅操作简单,而且物理意义明确。利用信号处理中的窗函数,采用滑动平均法对爆破振动功率谱进行平滑化,实现了爆破振动频带范围和频带能量分布的直观显现。 基于大量实测数据,研究了不同爆源形式的爆破地震能量分布特征及其影响因素,对比分析了爆破地震和天然地震在能量特征方面的差别。研究结果表明,对于四类钻孔爆破(隧洞掘进爆破、地下洞室下层梯段爆破、露天浅孔爆破和露天中深孔爆破)诱发的地震,能量随频率分布比较分散,不同爆源形式的爆破地震能量分布特征存在差别,随着孔径、孔深的增大,爆破地震主振能量频带趋于集中,也更倾向低频方向。 研究了爆破地震的能量衰减特性。基于地震学相关理论,研究了爆破地震波的能量衰减规律,表明峰值能量随距离的衰减系数同振速衰减系数呈两倍关系,对于同一场次的爆破而言,爆破地震的总能量同峰值振速的平方近似成正比例。基于大量实测资料分析,研究了爆破地震能量衰减规律的影响因素,表明爆破介质夹制作用、孔径、孔深以及装药集中度的增大,都会使爆破地震初始能量值增大;地质、局部场地等非爆源因素对爆破地震能量衰减系数有显著的影响。 基于反应谱理论,研究了爆破地震的动力响应特性。采用直接积分法对爆破地震进行反应谱分析,针对反应谱计算中的加速度输入问题,利用小波消噪方法得到准确、清晰的加速度时程曲线。对不同类型钻孔爆破的地震反应谱分析结果表明:不同爆源形式的地震反应谱存在显著差别,随着孔径、孔深及测点与爆源相对距离的增大,爆破振动标准速度反应谱峰值对应的周期逐渐增大。 根据常见建筑物的自振特性,对比分析了建筑物在爆破地震与天然地震及不同类型爆破地震作用下的动力响应特性,发现建筑物的动力响应更多的取决于爆破地震本身的特征。利用结构动力学理论,结合典型工程实例,研究了建筑物对爆破地震中不同频率能量成分的响应特征,结果表明:建(构)筑物对于爆破振动中的不同频率能量成分存在明显的选择放大效应。 结合建筑物能量破坏机理,对已有爆破地震安全判据进行分析,构造了基于“等效峰值能量”(EPE)的爆破地震安全评价方法,认为采用以等效速度表示的EPE指标来衡量爆破地震的危害程度是可行的,它较振速-主频相关的安全判据更能全面反映爆破地震危害的本质,并且具有很强的可操作性。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU751.9;TU311.3

【引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李洪涛;基于能量原理的爆破地震效应研究[D];武汉大学;2007年
2 魏海霞;爆破地震波作用下建筑结构的动力响应及安全判据研究[D];山东科技大学;2010年
3 陈小波;近海风机结构体系环境荷载及动力响应研究[D];大连理工大学;2011年
4 王蒂;大跨径悬索桥爆破地震动力响应研究[D];长安大学;2011年
5 言志信;结构拆除及爆破震动效应研究[D];重庆大学;2002年
6 凌同华;爆破震动效应及其灾害的主动控制[D];中南大学;2004年
7 刘德军;风—列车—线路—桥梁系统耦合振动研究[D];西南交通大学;2010年
8 代玉杰;柱对称磁约束等离子体Line-Tied不稳定性的数值模拟[D];大连理工大学;2009年
9 吴杰;区间参数结构的动力优化[D];吉林大学;2004年
10 阳生权;爆破地震累积效应理论和应用初步研究[D];中南大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏贺;砌体结构建筑物对爆破地震波动力响应研究[D];安徽理工大学;2009年
2 裴育;爆破地震波作用下连续梁桥的动力响应及安全评估[D];长安大学;2008年
3 张田湉;爆破震动对大跨径连续刚构桥体系的影响研究[D];长安大学;2011年
4 祝振宇;大直径圆筒防波堤在冲击荷载下的动力响应[D];天津大学;2003年
5 李静;钢管混凝土短柱轴向冲击的试验研究与仿真分析[D];太原理工大学;2005年
6 田子谦;桥墩基础在海浪作用下的动力响应研究[D];华中科技大学;2005年
7 樊敏敏;不同锚固方式下楼顶钢塔的动力性能分析[D];同济大学;2006年
8 冯波;大型坝后式电站厂房动力特性及动力监测研究[D];河海大学;2006年
9 李丹;广州洲头咀沉管隧道接头影响的动力分析[D];暨南大学;2006年
10 张策萍;基于BP神经网络的移动荷载识别方法研究[D];浙江大学;2007年
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