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爆破地震波信號(hào)分析理論與技術(shù) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030704443
- 條形碼：9787030704443 ; 978-7-03-070444-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
爆破地震波信號(hào)分析理論與技術(shù) 本書特色
適讀人群 ：科研人員，高等院校相關(guān)專業(yè)本科生、研究生完善爆破地震效應(yīng)研究在理論、實(shí)驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算方面的相關(guān)內(nèi)容，加深對爆破地震波傳播特性的認(rèn)識(shí)，為工程爆破、石油物探等相關(guān)爆炸研究的優(yōu)化設(shè)計(jì)及在防震減災(zāi)方面提供理論與實(shí)驗(yàn)參考依據(jù)。
爆破地震波信號(hào)分析理論與技術(shù) 內(nèi)容簡介
本書基于大量豐富的爆破地震波實(shí)測數(shù)據(jù)，采用全新的數(shù)學(xué)分析方法，闡述爆破地震波信號(hào)分析理論、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及算法應(yīng)用實(shí)例，對爆破地震效應(yīng)進(jìn)行深入而系統(tǒng)的研究，旨在進(jìn)一步揭示爆破地震波在巖石介質(zhì)中的傳播規(guī)律，尋求更為合理的爆破地震波控制與利用方法，以期進(jìn)一步完善爆破地震效應(yīng)研究在理論、實(shí)驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算方面的相關(guān)內(nèi)容，加深對爆破地震波傳播特性的認(rèn)識(shí)，為工程爆破、油氣資源勘探的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論與實(shí)驗(yàn)參考依據(jù)。 本書既適合科研人員參考，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的參考教材。
爆破地震波信號(hào)分析理論與技術(shù) 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 爆破地震波信號(hào)分析目的 1
1.2 爆破地震波分析方法現(xiàn)狀 3
1.2.1 爆破地震波的傳播與控制研究 3
1.2.2 爆破地震波傳統(tǒng)分析方法 5
1.2.3 小波（包）變換 7
1.2.4 分形理論 9
1.2.5 數(shù)值分析方法 11
第2章 爆破地震波實(shí)測信號(hào)預(yù)處理方法 13
2.1 爆破地震波實(shí)測信號(hào)趨勢項(xiàng)去除 13
2.1.1 基于EMD的爆破地震波實(shí)測信號(hào)趨勢項(xiàng)去除 13
2.1.2 算法應(yīng)用實(shí)例 14
2.2 基于SGWT的爆破振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)信噪分離 20
2.2.1 提升算法的基本原理 21
2.2.2 基于插值細(xì)分的第二代小波構(gòu)造 22
2.2.3 算法應(yīng)用實(shí)例 24
2.3 基于FastICA的低信噪比爆破振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)信噪分離 29
2.3.1 ICA基本理論 29
2.3.2 FastICA算法 30
2.3.3 算法應(yīng)用實(shí)例 32
第3章 爆破地震波信號(hào)小波分析方法 40
3.1 小波變換的基本原理 40
3.1.1 基本思想 40
3.1.2 小波變換的定義與性質(zhì) 41
3.1.3 小波變換的時(shí)頻局域化特性 43
3.1.4 小波分解 43
3.1.5 小波重構(gòu) 45
3.2 適用于爆破振動(dòng)信號(hào)分析的*佳小波基選取 45
3.3 爆破振動(dòng)信號(hào)的小波去噪研究 48
3.3.1 爆破振動(dòng)含噪信號(hào)經(jīng)小波分解后的特性 48
3.3.2 閾值函數(shù)與閾值選擇 50
3.3.3 算法應(yīng)用實(shí)例 53
3.4 爆破振動(dòng)信號(hào)的小波能量時(shí)頻分布特征分析 53
3.4.1 爆破振動(dòng)信號(hào)不同頻帶的能量表征 53
3.4.2 爆破振動(dòng)信號(hào)的小波分解 55
3.4.3 爆破振動(dòng)信號(hào)不同頻帶能量分布規(guī)律 58
3.5 影響爆破振動(dòng)信號(hào)不同頻帶能量分布特征因素的小波變換研究 59
3.5.1 段藥量對爆破振動(dòng)信號(hào)不同頻帶能量分布的影響 59
3.5.2 測點(diǎn)至爆源距離對爆破振動(dòng)信號(hào)不同頻帶能量分布的影響 63
3.6 爆破振動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的小波變換能量特征分析 66
3.6.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的小波時(shí)頻分析 67
3.6.2 爆破振動(dòng)輸入結(jié)構(gòu)能量的小波時(shí)頻分析 68
第4章 爆破地震波信號(hào)小波包分析方法 71
4.1 小波包變換的基本理論 71
4.1.1 小波包變換理論 71
4.1.2 小波包分解算法 73
4.1.3 爆破振動(dòng)信號(hào)*佳小波包基選取 74
4.2 爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻特征的小波包變換提取研究 77
4.2.1 爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻特征的小波包變換分析 77
4.2.2 基于小波包變換的爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻特征提取 79
4.3 爆破振動(dòng)信號(hào)各頻帶分量的小波包變換研究 82
4.3.1 爆破振動(dòng)信號(hào)主分析小波包的確定 82
4.3.2 爆破振動(dòng)信號(hào)主小波包頻率-峰值和折算距離的關(guān)系分析 83
4.3.3 爆破地震波不同頻帶分量衰減規(guī)律的小波包分析 84
4.4 溝槽對爆破地震波阻隔效應(yīng)的小波包時(shí)頻分析 85
4.4.1 溝槽作用下的爆破振動(dòng)信號(hào)小波包分解 86
4.4.2 溝槽作用下的爆破振動(dòng)信號(hào)小波包重構(gòu)系數(shù)峰值衰減規(guī)律研究 88
4.5 基于小波包系數(shù)的爆破振動(dòng)預(yù)報(bào)研究 89
4.5.1 爆破振動(dòng)預(yù)報(bào)研究概況 89
4.5.2 基于小波包系數(shù)的爆破振動(dòng)預(yù)報(bào)模型的建立 90
4.5.3 基于小波包系數(shù)的爆破振動(dòng)預(yù)報(bào)模型的應(yīng)用實(shí)例分析 91
第5章 爆破地震波信號(hào)提升小波分析方法 94
5.1 提升算法的理論基礎(chǔ) 94
5.1.1 廣義小波與第二代小波 94
5.1.2 提升算法基本原理 94
5.1.3 第二代小波構(gòu)造 96
5.1.4 算法復(fù)雜性分析 100
5.2 基于SGWT的爆破振動(dòng)信號(hào)去噪 101
5.2.1 降噪算法 102
5.2.2 提升小波變換 102
5.2.3 閾值去噪 105
5.2.4 去噪效果分析 107
5.3 基于SGWPT改進(jìn)算法的爆破振動(dòng)信號(hào)去噪 108
5.3.1 提升小波包標(biāo)準(zhǔn)算法 108
5.3.2 提升小波包改進(jìn)算法 111
5.3.3 降噪算法 112
5.3.4 基于*優(yōu)基的提升小波包變換 113
5.3.5 節(jié)點(diǎn)系數(shù)閾值量化 113
5.3.6 去噪效果分析 113
5.4 基于SGWPT改進(jìn)算法的爆破振動(dòng)信號(hào)特征提取 115
5.4.1 能量特征提取 115
5.4.2 時(shí)頻特征提取 117
第6章 爆破地震波信號(hào)分形分析方法 119
6.1 分形基本方法 119
6.1.1 分形定義 119
6.1.2 分形維數(shù) 120
6.2 爆破地震波分形盒維數(shù)計(jì)算模型 121
6.2.1 爆破地震波分形盒維數(shù)模型定義 121
6.2.2 矩形盒尺寸的確定 122
6.2.3 矩形盒數(shù)量計(jì)算 123
6.2.4 雙尺度分形盒維數(shù)模型可靠性檢驗(yàn) 124
6.2.5 爆破地震波信號(hào)的分形盒維數(shù)值計(jì)算 125
6.3 算法應(yīng)用實(shí)例 128
6.3.1 爆破地震波分形盒維數(shù)值分析 128
6.3.2 分形盒維數(shù)與爆破地震波信號(hào)幅值特性關(guān)系分析 130
6.3.3 盒維數(shù)模型參數(shù)b與*高振動(dòng)強(qiáng)度A間關(guān)系分析 131
6.4 爆破地震波分形盒維數(shù)與場地介質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性分析 132
6.4.1 爆破振動(dòng)響應(yīng)的等效震源模型分析 133
6.4.2 分形盒維數(shù)與場地介質(zhì)特性參數(shù)關(guān)系分析 134
6.4.3 分形盒維數(shù)與場地介質(zhì)衰減系數(shù)關(guān)系分析 135
第7章 爆破地震波信號(hào)多重分形分析方法 137
7.1 多重分形基本方法 137
7.2 分形盒維數(shù)在爆破地震波信號(hào)分析中的不足 137
7.3 爆破地震波信號(hào)的多重分形譜計(jì)算 140
7.3.1 基于盒計(jì)數(shù)法的多重分形譜計(jì)算 140
7.3.2 基于WTMM法的多重分形譜計(jì)算 144
7.4 算法應(yīng)用實(shí)例 146
7.5 地震波能量局部奇異性的多重分形分析 149
7.5.1 單道地震波信號(hào)的多重分形分析 149
7.5.2 多道地震波信號(hào)的多重分形分析 150
第8章 爆破地震波信號(hào)匹配追蹤分析方法 154
8.1 匹配追蹤算法基本理論 154
8.1.1 匹配追蹤算法 154
8.1.2 基于匹配追蹤算法的時(shí)頻分析 156
8.1.3 匹配追蹤算法存在的不足 158
8.2 改進(jìn)匹配追蹤算法對爆破地震波的處理 159
8.2.1 算法步驟 159
8.2.2 算法復(fù)雜度比較 160
8.2.3 與傳統(tǒng)匹配追蹤算法比較 161
8.2.4 改進(jìn)匹配追蹤算法應(yīng)用實(shí)例 163
8.3 匹配追蹤算法對爆破地震波分辨率提升的影響 166
8.3.1 數(shù)值模擬 166
8.3.2 算法應(yīng)用實(shí)例 168
第9章 爆破地震波信號(hào)二次型時(shí)頻分析方法 171
9.1 時(shí)頻分布基本理論 171
9.1.1 瞬時(shí)頻率和群延遲 171
9.1.2 不確定性原理 172
9.1.3 時(shí)頻分布的基本性質(zhì) 172
9.2 二次型時(shí)頻分布 173
9.2.1 WVD分布及性質(zhì) 173
9.2.2 Cohen類時(shí)頻分布 174
9.2.3 交叉項(xiàng)問題 175
9.2.4 時(shí)頻分布的重排 175
9.3 算法應(yīng)用實(shí)例 177
9.3.1 爆破振動(dòng)信號(hào)的二次型時(shí)頻分布 177
9.3.2 高程效應(yīng)下爆破振動(dòng)信號(hào)的二次型時(shí)頻分布特點(diǎn) 179
參考文獻(xiàn) 182
第1章 緒論 1
1.1 爆破地震波信號(hào)分析目的 1
1.2 爆破地震波分析方法現(xiàn)狀 3
1.2.1 爆破地震波的傳播與控制研究 3
1.2.2 爆破地震波傳統(tǒng)分析方法 5
1.2.3 小波（包）變換 7
1.2.4 分形理論 9
1.2.5 數(shù)值分析方法 11
第2章 爆破地震波實(shí)測信號(hào)預(yù)處理方法 13
2.1 爆破地震波實(shí)測信號(hào)趨勢項(xiàng)去除 13
2.1.1 基于EMD的爆破地震波實(shí)測信號(hào)趨勢項(xiàng)去除 13
2.1.2 算法應(yīng)用實(shí)例 14
2.2 基于SGWT的爆破振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)信噪分離 20
2.2.1 提升算法的基本原理 21
2.2.2 基于插值細(xì)分的第二代小波構(gòu)造 22
2.2.3 算法應(yīng)用實(shí)例 24
2.3 基于FastICA的低信噪比爆破振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)信噪分離 29
2.3.1 ICA基本理論 29
2.3.2 FastICA算法 30
2.3.3 算法應(yīng)用實(shí)例 32
第3章 爆破地震波信號(hào)小波分析方法 40
3.1 小波變換的基本原理 40
3.1.1 基本思想 40
3.1.2 小波變換的定義與性質(zhì) 41
3.1.3 小波變換的時(shí)頻局域化特性 43
3.1.4 小波分解 43
3.1.5 小波重構(gòu) 45
3.2 適用于爆破振動(dòng)信號(hào)分析的*佳小波基選取 45
3.3 爆破振動(dòng)信號(hào)的小波去噪研究 48
3.3.1 爆破振動(dòng)含噪信號(hào)經(jīng)小波分解后的特性 48
3.3.2 閾值函數(shù)與閾值選擇 50
3.3.3 算法應(yīng)用實(shí)例 53
3.4 爆破振動(dòng)信號(hào)的小波能量時(shí)頻分布特征分析 53
3.4.1 爆破振動(dòng)信號(hào)不同頻帶的能量表征 53
3.4.2 爆破振動(dòng)信號(hào)的小波分解 55
3.4.3 爆破振動(dòng)信號(hào)不同頻帶能量分布規(guī)律 58
3.5 影響爆破振動(dòng)信號(hào)不同頻帶能量分布特征因素的小波變換研究 59
3.5.1 段藥量對爆破振動(dòng)信號(hào)不同頻帶能量分布的影響 59
3.5.2 測點(diǎn)至爆源距離對爆破振動(dòng)信號(hào)不同頻帶能量分布的影響 63
3.6 爆破振動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的小波變換能量特征分析 66
3.6.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的小波時(shí)頻分析 67
3.6.2 爆破振動(dòng)輸入結(jié)構(gòu)能量的小波時(shí)頻分析 68
第4章 爆破地震波信號(hào)小波包分析方法 71
4.1 小波包變換的基本理論 71
4.1.1 小波包變換理論 71
4.1.2 小波包分解算法 73
4.1.3 爆破振動(dòng)信號(hào)*佳小波包基選取 74
4.2 爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻特征的小波包變換提取研究 77
4.2.1 爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻特征的小波包變換分析 77
4.2.2 基于小波包變換的爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻特征提取 79
4.3 爆破振動(dòng)信號(hào)各頻帶分量的小波包變換研究 82
4.3.1 爆破振動(dòng)信號(hào)主分析小波包的確定 82
4.3.2 爆破振動(dòng)信號(hào)主小波包頻率-峰值和折算距離的關(guān)系分析 83
4.3.3 爆破地震波不同頻帶分量衰減規(guī)律的小波包分析 84
4.4 溝槽對爆破地震波阻隔效應(yīng)的小波包時(shí)頻分析 85
4.4.1 溝槽作用下的爆破振動(dòng)信號(hào)小波包分解 86
4.4.2 溝槽作用下的爆破振動(dòng)信號(hào)小波包重構(gòu)系數(shù)峰值衰減規(guī)律研究 88
4.5 基于小波包系數(shù)的爆破振動(dòng)預(yù)報(bào)研究 89
4.5.1 爆破振動(dòng)預(yù)報(bào)研究概況 89
4.5.2 基于小波包系數(shù)的爆破振動(dòng)預(yù)報(bào)模型的建立 90
4.5.3 基于小波包系數(shù)的爆破振動(dòng)預(yù)報(bào)模型的應(yīng)用實(shí)例分析 91
第5章 爆破地震波信號(hào)提升小波分析方法 94
5.1 提升算法的理論基礎(chǔ) 94
5.1.1 廣義小波與第二代小波 94
5.1.2 提升算法基本原理 94
5.1.3 第二代小波構(gòu)造 96
5.1.4 算法復(fù)雜性分析 100
5.2 基于SGWT的爆破振動(dòng)信號(hào)去噪 101
5.2.1 降噪算法 102
5.2.2 提升小波變換 102
5.2.3 閾值去噪 105
5.2.4 去噪效果分析 107
5.3 基于SGWPT改進(jìn)算法的爆破振動(dòng)信號(hào)去噪 108
5.3.1 提升小波包標(biāo)準(zhǔn)算法 108
5.3.2 提升小波包改進(jìn)算法 111
5.3.3 降噪算法 112
5.3.4 基于*優(yōu)基的提升小波包變換 113
5.3.5 節(jié)點(diǎn)系數(shù)閾值量化 113
5.3.6 去噪效果分析 113
5.4 基于SGWPT改進(jìn)算法的爆破振動(dòng)信號(hào)特征提取 115
5.4.1 能量特征提取 115
5.4.2 時(shí)頻特征提取 117
第6章 爆破地震波信號(hào)分形分析方法 119
6.1 分形基本方法 119
6.1.1 分形定義 119
6.1.2 分形維數(shù) 120
6.2 爆破地震波分形盒維數(shù)計(jì)算模型 121
6.2.1 爆破地震波分形盒維數(shù)模型定義 121
6.2.2 矩形盒尺寸的確定 122
6.2.3 矩形盒數(shù)量計(jì)算 123
6.2.4 雙尺度分形盒維數(shù)模型可靠性檢驗(yàn) 124
6.2.5 爆破地震波信號(hào)的分形盒維數(shù)值計(jì)算 125
6.3 算法應(yīng)用實(shí)例 128
6.3.1 爆破地震波分形盒維數(shù)值分析 128
6.3.2 分形盒維數(shù)與爆破地震波信號(hào)幅值特性關(guān)系分析 130
6.3.3 盒維數(shù)模型參數(shù)b與*高振動(dòng)強(qiáng)度A間關(guān)系分析 131
6.4 爆破地震波分形盒維數(shù)與場地介質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性分析 132
6.4.1 爆破振動(dòng)響應(yīng)的等效震源模型分析 133
6.4.2 分形盒維數(shù)與場地介質(zhì)特性參數(shù)關(guān)系分析 134
6.4.3 分形盒維數(shù)與場地介質(zhì)衰減系數(shù)關(guān)系分析 135
第7章 爆破地震波信號(hào)多重分形分析方法 137
7.1 多重分形基本方法 137
7.2 分形盒維數(shù)在爆破地震波信號(hào)分析中的不足 137
7.3 爆破地震波信號(hào)的多重分形譜計(jì)算 140
7.3.1 基于盒計(jì)數(shù)法的多重分形譜計(jì)算 140
7.3.2 基于WTMM法的多重分形譜計(jì)算 144
7.4 算法應(yīng)用實(shí)例 146
7.5 地震波能量局部奇異性的多重分形分析 149
7.5.1 單道地震波信號(hào)的多重分形分析 149
7.5.2 多道地震波信號(hào)的多重分形分析 150
第8章 爆破地震波信號(hào)匹配追蹤分析方法 154
8.1 匹配追蹤算法基本理論 154
8.1.1 匹配追蹤算法 154
8.1.2 基于匹配追蹤算法的時(shí)頻分析 156
8.1.3 匹配追蹤算法存在的不足 158
8.2 改進(jìn)匹配追蹤算法對爆破地震波的處理 159
8.2.1 算法步驟 159
8.2.2 算法復(fù)雜度比較 160
8.2.3 與傳統(tǒng)匹配追蹤算法比較 161
8.2.4 改進(jìn)匹配追蹤算法應(yīng)用實(shí)例 163
8.3 匹配追蹤算法對爆破地震波分辨率提升的影響 166
8.3.1 數(shù)值模擬 166
8.3.2 算法應(yīng)用實(shí)例 168
第9章 爆破地震波信號(hào)二次型時(shí)頻分析方法 171
9.1 時(shí)頻分布基本理論 171
9.1.1 瞬時(shí)頻率和群延遲 171
9.1.2 不確定性原理 172
9.1.3 時(shí)頻分布的基本性質(zhì) 172
9.2 二次型時(shí)頻分布 173
9.2.1 WVD分布及性質(zhì) 173
9.2.2 Cohen類時(shí)頻分布 174
9.2.3 交叉項(xiàng)問題 175
9.2.4 時(shí)頻分布的重排 175
9.3 算法應(yīng)用實(shí)例 177
9.3.1 爆破振動(dòng)信號(hào)的二次型時(shí)頻分布 177
9.3.2 高程效應(yīng)下爆破振動(dòng)信號(hào)的二次型時(shí)頻分布特點(diǎn) 179
參考文獻(xiàn) 182
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爆破地震波信號(hào)分析理論與技術(shù) 節(jié)選
第1章 緒 論 1.1 爆破地震波信號(hào)分析目的 巖土介質(zhì)中的炸藥爆炸后，其一部分能量轉(zhuǎn)化為地震波，從爆源以波的形式通過巖土介質(zhì)向外傳播，在傳播過程中引起介質(zhì)振動(dòng)，傳至地表則導(dǎo)致地面振動(dòng)。這種地震波的強(qiáng)度雖然隨著距離的增加而削弱，但仍可能造成附近非爆破對象如壩體、邊坡及大型混凝土澆筑體等建（構(gòu)）筑物不同程度的破壞，形成了具有一定危害程度的爆破地震效應(yīng)問題。 當(dāng)巖土內(nèi)炸藥爆炸時(shí)，引起的瞬時(shí)壓力可高達(dá)數(shù)千到數(shù)萬兆帕，這種巨大的壓力瞬間沖擊作用于炮孔壁上，激起了波陣面壓力很高的脈沖應(yīng)力波，這種爆炸應(yīng)力波稱為沖擊波，其作用范圍一般為3～7倍藥包半徑。隨著沖擊波向前傳播做功，沖擊波衰減為壓縮波。壓縮波作用范圍通常為125～150倍藥包半徑。壓縮波在傳播過程中能量進(jìn)一步衰減，在150倍藥包半徑以外區(qū)域，壓縮波轉(zhuǎn)化為地震波。 近年來爆破地震波的研究手段主要以實(shí)驗(yàn)測試為主，考察對象主要為爆破地震波沿地表的傳播特征，特別是在工程爆破領(lǐng)域，研究地表的振動(dòng)情況，可為有效、合理的爆破設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)。相比之下，裝藥近地表爆炸以后，進(jìn)行地震波向地下深處傳播的實(shí)驗(yàn)測試十分困難，且與結(jié)構(gòu)破壞的聯(lián)系并不十分密切，因此，這方面研究的積累和成果報(bào)道非常有限。由于自由面的存在，加上傳播介質(zhì)的多樣性，爆破地震波在地層表面與地層深處的規(guī)律存在著差異，而且這種規(guī)律性的研究具有很大難度，不易觀測。而爆源產(chǎn)生的爆破地震波沿地表傳播和向巖體內(nèi)部傳播是密切相關(guān)的，目前有關(guān)它們之間相關(guān)性及其規(guī)律性的研究鮮有報(bào)道，然而這些不僅在工程爆破，在軍事工程中都是具有現(xiàn)實(shí)意義的研究內(nèi)容。 由于爆破地震波傳播機(jī)理的復(fù)雜性，爆破地震波傳播過程涉及了大量的爆炸與沖擊等非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問題，目前尚不能從理論上對爆炸荷載作用下特定介質(zhì)動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行精確求解。 當(dāng)前，爆破地震效應(yīng)的研究主要集中在爆破引起的地面運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，以及其振動(dòng)強(qiáng)度對建筑物的影響上。這些問題的研究都必須對爆破振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測量、分析和處理，爆破振動(dòng)信號(hào)的研究是爆破地震效應(yīng)機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究的關(guān)鍵內(nèi)容之一。 爆破引起的地面振動(dòng)是一種非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)，現(xiàn)場測量的爆破振動(dòng)信號(hào)為各種頻率成分干擾波的混合體，為非平穩(wěn)信號(hào)。爆破地震波的振動(dòng)持續(xù)時(shí)間、主振頻率及振動(dòng)峰值是分析爆破地震效應(yīng)的主要參考量。而經(jīng)過復(fù)雜場地介質(zhì)濾波、放大作用后的爆破地震波中一般攜帶有能反映場地特征和爆破特征的重要信息，如巖體斷層、地質(zhì)聲學(xué)特性、爆源藥量和爆破延時(shí)間隔等，這通常體現(xiàn)在爆破地震波振動(dòng)強(qiáng)度的衰減、頻率和信號(hào)局部奇異性上。因而對爆破地震波的細(xì)節(jié)分析可以獲得能反映地質(zhì)特征及用于指導(dǎo)工程爆破設(shè)計(jì)的重要參考信息。 爆破地震波研究的復(fù)雜性在于研究對象信號(hào)的隨機(jī)性。爆破地震波作為各種頻率成分振動(dòng)波的混合體，其波形表現(xiàn)得較為混亂和復(fù)雜，如信號(hào)峰值幅度、振動(dòng)衰減性等都在一定程度上表現(xiàn)出無規(guī)則的隨意性。各種巖石或土壤等傳播介質(zhì)的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造的多樣性，使得對其的研究難度更大。另外，爆破地震波研究手段和方法的局限性使得國內(nèi)外工程爆破界在爆破地震波傳播機(jī)理和控制及強(qiáng)度預(yù)報(bào)方面的研究不易取得根本性突破。 當(dāng)前，對短時(shí)非平穩(wěn)信號(hào)的分析處理是相關(guān)領(lǐng)域的共同課題。小波分析正是在這一背景下出現(xiàn)的新理論。小波變換較好地解決了信號(hào)分析中時(shí)間與分辨率之間的矛盾，靈活地運(yùn)用了非均勻分布的分辨率。利用小波變換中的時(shí)窗可變特點(diǎn)，以及其對信號(hào)的小波分解在時(shí)域分析中能體現(xiàn)信號(hào)頻率變化的直觀性，可以來研究、識(shí)別和探測出爆破地震波中的突變奇異點(diǎn)位置，獲取爆破地震波中攜帶的細(xì)節(jié)信息，從而為斷層、不同特性的介質(zhì)層分布等場地特征研究提供數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。采用小波變換的多分辨分析技術(shù)，通過對爆破地震波的細(xì)節(jié)量進(jìn)行分析，可以了解藥量、延時(shí)間隔、裝藥結(jié)構(gòu)等爆破參數(shù)對爆破地震效應(yīng)的影響，對爆破地震波的傳播規(guī)律、影響因素及破壞效能等方面的理論研究都具有重要意義，為爆破地震波傳播和其對結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)作用研究提供了方便，有利于加深對爆破地震效應(yīng)機(jī)理問題的研究。因而，小波變換對于爆破地震非平穩(wěn)信號(hào)研究是一種有效的分析工具。 爆破地震波的波形雖然表現(xiàn)得較為混亂和復(fù)雜，如信號(hào)峰值幅度、振動(dòng)衰減性等在一定程度上表現(xiàn)出無規(guī)則的隨意性，即體現(xiàn)為一種無序關(guān)系，但在確定的爆破參數(shù)設(shè)計(jì)及特有的場地介質(zhì)條件下，重復(fù)進(jìn)行的爆破作用所獲得的振動(dòng)曲線波形參數(shù)（如頻率、波形峰值、衰減性及主振峰值個(gè)數(shù)等）是基本相近的。因而爆破地震波的這種無序性具有某種意義下的統(tǒng)計(jì)特征，其波形曲線以某種關(guān)系體現(xiàn)出彼此相似或局部與整體相似，爆破地震波的這種局部與整體相似性，以及受爆破地震波與場地介質(zhì)影響的爆破振動(dòng)參數(shù)所表現(xiàn)的隨機(jī)、復(fù)雜現(xiàn)象所體現(xiàn)出的統(tǒng)計(jì)特征，表明了它具有一定的分形特性。爆破作用具有相似性、隨機(jī)性和不規(guī)則性，可以用分形幾何描述。分形盒維數(shù)是振動(dòng)信號(hào)在無標(biāo)度區(qū)內(nèi)分形曲線的統(tǒng)計(jì)特征值，因而作為爆破地震波分形信息的盒維數(shù)將包含信號(hào)峰值、波形振蕩特性（信號(hào)頻率特征）及波形曲線的衰減等方面的信息。通過對爆破地震波分形盒維數(shù)的分析研究，可以進(jìn)一步掌握爆破參數(shù)及場地介質(zhì)對爆破地震波各參數(shù)的影響關(guān)系，為優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)與降震減災(zāi)提供依據(jù)。 1.2 爆破地震波分析方法現(xiàn)狀 1.2.1 爆破地震波的傳播與控制研究 1. 爆破地震波的傳播規(guī)律研究 20世紀(jì)初，隨著對爆破地震危害效應(yīng)的廣泛關(guān)注，各國研究者針對爆破地震波在巖石介質(zhì)中的傳播理論開展了研究工作，尤其是從20世紀(jì)50年代起，隨著地下核試驗(yàn)的開展和核防護(hù)工程的修建及工業(yè)爆破中炸藥量使用的增加，張雪亮和黃樹棠[1]、楊年華[2]、丁樺和鄭哲敏[3]、宋光明[4]進(jìn)行了一系列爆破地震波傳播規(guī)律的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究。 爆破地震效應(yīng)與爆破參數(shù)及地質(zhì)條件密切相關(guān)，與天然地震相比，其在已知爆源（藥量、裝藥形式和深度、分段延時(shí)間隔等）及在對場地特征（場地介質(zhì)物理力學(xué)性能和地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)）有一定了解的基礎(chǔ)上，對爆破振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測試和分析。因而，研究者通過對爆破振動(dòng)信號(hào)的研究，獲得震源函數(shù)，并以此反推震源激勵(lì)信號(hào)在場地的傳播規(guī)律。 鐘放慶等[5]利用廣義反射、透射系數(shù)矩陣和離散波數(shù)方法，計(jì)算了水平分層花崗巖介質(zhì)中近場（十幾公里）范圍內(nèi)三次地下爆炸的地表粒子速度垂直分量，并得出了其激發(fā)的地震波震源函數(shù)；通過對計(jì)算波形和實(shí)測波形的比較分析，得知花崗巖石中爆炸產(chǎn)生的真實(shí)震源機(jī)制除了球?qū)ΨQ，還可能包含橢球體、層裂等其他的輔助震源機(jī)制。韓子榮和張漢才[6]采用雙源理論，李守巨[7]、楊仁華和李茂生[8]采用球形空腔等效膨脹理論，對巖石介質(zhì)中的球形集團(tuán)裝藥爆炸應(yīng)力波傳播規(guī)律進(jìn)行了理論分析，研究了等效單位脈沖荷載簡化情況下爆炸應(yīng)力波傳播過程。 在工程爆破中普遍采用條形裝藥的深孔爆破技術(shù)，其具有爆炸能量分布均勻的特點(diǎn)，在一次裝藥規(guī)模大且爆破方量大的情況下，可以達(dá)到爆破地震效應(yīng)小、拋擲遠(yuǎn)的效果。楊年華和馮叔瑜[9]、陳士海等[10]對條形藥包的爆炸應(yīng)力場分布、空腔發(fā)展及鼓包運(yùn)動(dòng)均進(jìn)行了大量的研究工作。 在大規(guī)模的土石方爆破中，一次爆破臺(tái)階作業(yè)高度通常可達(dá)二十余米，因而為了模擬實(shí)際中的沿條形裝藥長度方向上爆轟波的傳播效應(yīng)，一般采用基于等效單元球藥包的疊加計(jì)算方法，該方法將深孔裝藥柱看成一系列具有等效半徑的單元球形藥包的疊加，然后利用單元球形藥包爆炸在巖石中激發(fā)的應(yīng)力波參數(shù)來獲得整個(gè)條形藥柱爆炸后在巖石中形成的應(yīng)力波場分布情況。該方法能模擬爆轟波在炸藥柱中的傳播，且回避了巖石介質(zhì)在沖擊荷載下的復(fù)雜本構(gòu)關(guān)系。 由于巖土介質(zhì)中的爆炸作用符合相似律，這就為實(shí)驗(yàn)研究提供了很大的方便，郭學(xué)彬等[11]、張繼春[12]、Kennett[13]、Ziolkowski和Bokhorst[14]、Newland[15， 16]采用模型實(shí)驗(yàn)，在各種場地介質(zhì)中就巖土介質(zhì)中的爆破地震波傳播和爆破地震效應(yīng)等方面均進(jìn)行了廣泛的研究。研究主要集中在爆破地震波振動(dòng)強(qiáng)度的衰減規(guī)律、爆破振動(dòng)信號(hào)的頻譜特征及對爆破振動(dòng)信號(hào)的模擬方面。張丹等[17]根據(jù)黏性巖石中爆破地震的波動(dòng)能流衰減規(guī)律，探討了藥包群同時(shí)起爆產(chǎn)生的地震場中波動(dòng)能流主導(dǎo)方向及其在同方向上振動(dòng)峰值與爆心距的關(guān)系，獲得了藥包群同時(shí)起爆地震場中振動(dòng)峰值分布規(guī)律。 2. 爆破振動(dòng)強(qiáng)度預(yù)報(bào) 國內(nèi)外在爆破地震效應(yīng)方面進(jìn)行了大量的研究工作，有關(guān)這方面的文獻(xiàn)資料相當(dāng)豐富，可以說任何一本與巖土介質(zhì)爆破有關(guān)的專著或刊物都會(huì)涉及這方面的內(nèi)容。張雪亮和黃樹棠[1]在爆破地震效應(yīng)和爆破測試技術(shù)上較早地進(jìn)行了專門研究，有些國家制訂了比較完整的爆破振動(dòng)安全規(guī)范，如美國的USBM（United States Bureau of Mines）標(biāo)準(zhǔn)、德國的DIN（Deutsches Institut für Normung e.V.）4150標(biāo)準(zhǔn)及我國的爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)。 目前，爆破領(lǐng)域衡量爆破振動(dòng)強(qiáng)度的物理量主要為單參數(shù)，以爆破引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度、加速度或位移中的某個(gè)參量作為參照量，并將這種評價(jià)方法稱為獨(dú)立閾值理論。由于實(shí)際爆破中地震實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)往往不全面，同時(shí)不同部門按各自所采集的爆破地震記錄及現(xiàn)場結(jié)構(gòu)的受損情況而建立的建（構(gòu)）筑物爆破振動(dòng)安全判據(jù)具有較大的差異性，這在各國爆破振動(dòng)安全評估標(biāo)準(zhǔn)中得到了體現(xiàn)。 在大量爆破地震效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，建立了一系列的關(guān)于爆破地震波質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)的經(jīng)驗(yàn)公式。但普遍采用的是薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式的演變體： （1.1） 式中， 為爆破地震波的質(zhì)點(diǎn)峰值強(qiáng)度； 為*大段藥量； 為測點(diǎn)與爆源距離； 為藥量指數(shù)，球形集團(tuán)裝藥 ，條形裝藥m取0.5； 、 為與爆破地形、地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。 隨著理論技術(shù)的新發(fā)展，也有一些研究人員采用了新的方法對爆破振動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)報(bào)，如宋光明等[18]采用小波理論進(jìn)行預(yù)報(bào)，徐全軍等[19]、鄧冰杰等[20]采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行預(yù)報(bào)，但這些方法并沒有得到廣泛的實(shí)際運(yùn)用。 由于質(zhì)點(diǎn)峰值速度衰減規(guī)律帶有顯著的場地區(qū)域差異， 和 因地而異，并且數(shù)據(jù)關(guān)系的回歸分析往往發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的離散度較大。用質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)強(qiáng)度方法預(yù)報(bào)的*大弱點(diǎn)是不能提供爆破振動(dòng)信號(hào)的頻率特征及振動(dòng)全歷程的波形。爆破振動(dòng)響應(yīng)是爆破地震波振動(dòng)及建筑物振動(dòng)特性的綜合反映，因而僅僅研究質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)強(qiáng)度是不夠的，需要進(jìn)一步研究爆破地震波的全歷程過程。同時(shí)在實(shí)際工程中對爆破地震波形的預(yù)報(bào)也產(chǎn)生了要求。 盧文波等[21]采用線性疊加模型，婁建武等[22]研究了建立在場地反應(yīng)譜基礎(chǔ)上的爆破地震波模擬等。基于單孔波形的線性疊加理論認(rèn)為各震源的地震波是彼此獨(dú)立地依直線方向向四周傳播，它不考慮傳播介質(zhì)的影響，從而預(yù)報(bào)信號(hào)的頻率完全取決于原基本單孔爆破地震波頻率。只有在震源接近于正弦振動(dòng)、傳播介質(zhì)的非線性影響不顯著時(shí)，線性疊加理論對波形進(jìn)行疊加處理才與實(shí)測結(jié)果基本相符。 吳從師等[23]、Kirkbride等[24]、Mogi等[25]、Cohen等[26]采用反應(yīng)譜方法進(jìn)行爆破地震波模擬，該方法是在基于傅里葉分析基礎(chǔ)上，用起爆典型單孔裝藥的方法來標(biāo)定某一區(qū)域的振動(dòng)特性，通過對典型記錄進(jìn)行頻譜分析，進(jìn)而獲得該區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜，然后來考慮各炮孔間不同起爆順序和延遲時(shí)間，來獲得合成信號(hào)頻譜，再對所獲得的頻譜進(jìn)行傅里葉逆變換就可以確定群孔起爆的振動(dòng)模擬場。 隨著數(shù)字信號(hào)分析方法的發(fā)展，根據(jù)爆破地震波信號(hào)短時(shí)非平穩(wěn)特征，以龍?jiān)唇淌趫F(tuán)隊(duì)為代表的科研團(tuán)隊(duì)和爆破工程技術(shù)人員，近年來先后將小波變換、提升小波變換技術(shù)、分形、多重分形理論、匹配追蹤算法及二次型時(shí)頻分析方法引入爆破振動(dòng)信號(hào)分析領(lǐng)域，推動(dòng)了爆破地震波信號(hào)分析方法的快速發(fā)展。 1.2.2 爆破地震波傳統(tǒng)分析方法 對爆破振動(dòng)信號(hào)的分析處理是爆破地震效應(yīng)研究的基本環(huán)節(jié)，因而必須選擇合適的儀器和分析技術(shù)對爆破地震波進(jìn)行采集與分
爆破地震波信號(hào)分析理論與技術(shù) 作者簡介
龍?jiān)矗淌冢┦可鷮?dǎo)師，2003年畢業(yè)于北京理工大學(xué)軍事化學(xué)與煙火專業(yè)，獲工學(xué)博士學(xué)位。主持承擔(dān)6項(xiàng)國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)和面上課題，以及多項(xiàng)軍內(nèi)外科研項(xiàng)目。科研成果獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，以及軍隊(duì)、省（部）級科技進(jìn)步獎(jiǎng)一、二等獎(jiǎng)10余項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文140余篇（SCI、EI檢索80余篇），授權(quán)國家發(fā)明20余項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專著和教材6部，培養(yǎng)博士30余名。享受國務(wù)院政府特殊津貼和軍隊(duì)很好專業(yè)技術(shù)干部一類崗位津貼、獲全軍軍隊(duì)院校“育才”獎(jiǎng)金獎(jiǎng)。
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