一种隧道工程爆破振动波形预测方法
专利汇可以提供一种隧道工程爆破振动波形预测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了爆破振动安全技术领域的一种隧道工程爆破振动 波形 预测方法，先根据等效孔穴理论和Hoop点源理论计算出弹性介质中球形药包爆破引起的地表振动波形函数理论解，然后，对理论波形进行拟合，建立振速波形的理论波形函数，构造出实际介质中球形药包爆破引起的地表振动波形函数，本发明的预测方法综合反映了爆破 地震 波 传播的幅值衰减、 频谱 构成与振动持续时间；给出了爆破振动波形；能实现对隧道工程爆破振动效应的精细化控制；利于事先对隧道工程爆破设计进行振动效应安全评估，优化爆破参数，实现振动特性控制。，下面是一种隧道工程爆破振动波形预测方法专利的具体信息内容。
1.一种隧道工程爆破振动波形预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，假定单个球形炸药包在地下岩石中发生爆炸，通过等效孔穴理论将爆炸转化为球形空腔内压力的作用，其中，球形空腔内压力的作用即为球形空腔内压力由峰值逐渐衰减的函数；
步骤2，根据球形空腔内压力和地下岩石的弹性性质，计算出爆炸产生的震源强度函数；
步骤3，根据Hoop点源理论，通过震源强度函数计算，代入岩石的理论弹性参数，推导出弹性岩石介质中地表质点振动速度波形；
步骤4，再对此波形进行曲线拟合，得到振速波形的理论波形函数；
步骤5，通过振速波形的理论波形函数，构造出实际岩体介质中振速波形函数。
2.根据权利要求1所述的一种隧道工程爆破振动波形预测方法，其特征在于：所述球形空腔内压力由峰值逐渐衰减的函数的计算方法如下：
假定球形炸药包在地下发生爆炸，球形炸药包爆炸后，爆炸对岩石进行挤压，形成一个半径为a的球形空腔，爆炸在这个球形空腔内产生压力源并对球形空腔外部释放压力，得出一个随着时间推移球形空腔内压力由峰值逐渐衰减的函数：
其中，p(t)为球形空腔内压力，p0为球形空腔内压力的峰值，α0是球形空腔内压力的衰减指数，t为爆炸后的球腔内压力持续时间，e-α0t是一个整体，表示一个以e为自然常数为底数，以-α0t为指数的函数。
3.根据权利要求2所述的一种隧道工程爆破振动波形预测方法，其特征在于：所述震源强度函数为：
其中，
ω0＝2cs/a
ξ＝cs/cp
a表示爆炸球形空腔的半径；cp和cs分别为地震波中p波和s波的传播速度，且λ为拉梅常数中的第一参数，μ为拉梅常数中的第二参数，ρ为介质密度,R为球形炸药包中心到地表振动预测点的距离。
4.根据权利要求3所述的一种隧道工程爆破振动波形预测方法，其特征在于：所述地表质点振动速度波形的得到方法如下：
依据Hoop点源理论为基础，在球形炸药包爆破作用下，根据f(t)震源强度函数，得到p(t)作用力产生的地表质点振动速度函数为：
其中，v(t)是地表质点振动速度，f(t)为震源强度函数；g(t)为格林函数，R为球形炸药包中心到地表振动预测点的距离，a表示爆炸球形空腔的半径,cp为p波的传播速度，τ是为了计算方便而引入的一个对于计算结果没有影响的变量；
然后将岩石的理论弹性参数代入公式(3)，得到弹性岩石介质中地表质点振动速度波形。
5.根据权利要求4所述的一种隧道工程爆破振动波形预测方法，其特征在于：所述振速波形的理论波形函数得出方法如下：
将公式(3)进行计算，得出地下球形炸药爆破的地表振动波形，然后对解出的震速波形进行拟合，得到振速波形的理论波形函数：
其中，a1、b1和c1为拟合系数，a1与质点振速峰值相关；b1与质点振速的衰减速率相关；c1与理论的质点振动频率相关。
6.根据权利要求5所述的一种隧道工程爆破振动波形预测方法，其特征在于：所述实际岩体介质中振速波形函数的得出方法如下：
公式(4)中的 与振速峰值有关，振速峰值计算公式可按萨道夫斯基公式计算，萨道夫斯基公式为：
b1与振速的衰减速率相关，而影响振速衰减速率的主要因素是岩石的综合性质，故将岩石的分级RMR值与b1建立联系，根据实际介质中岩体分级与相关的爆破振动理论构造得出b1＝2β；
c1与振动频率相关，具体为c1＝2πf，频率f的计算公式为：
公式(4)是针对弹性介质中的理论振速波形的波形函数，对于实际介质中振速波形函数，可根据岩体分级与相关的爆破振动理论构造得出，将所述a1、b1和c1代入公式(4)得到构造的实际岩体介质中振速波形函数为：
其中，公式(5)中Q为球形炸药包的装药量，单位为kg；
R为球形炸药包中心到地表振动预测点的距离；
实际岩体中振动的频率ω为：ω＝2πf；
k和α为与爆破点地形、地质条件有关的系数和衰减指数，k和α的范围如下：
岩石中：30≤k≤70；
土壤中：150≤k≤250；
1≤α≤2，岩体越坚硬k和α取值越小；
β＝100-RMR，β值与岩体类别的关系可以由RMR岩石分级表查寻，如表1所示：
表1
7.根据权利要求6所述的一种隧道工程爆破振动波形预测方法，其特征在于：还包括步骤6：使用叠加法将柱状炸药包划分为N段短柱炸药包，N为正整数，再将短柱炸药包等效为球形炸药包，最终通过叠加N个球形炸药包得到隧道爆破水平放置的柱状炸药包爆炸引起的地表质点振动波形函数：
其中，vi(t)为第i个球形炸药包的振动速度波形函数；v为柱状炸药包的振动速度波形函数。
一种隧道工程爆破振动波形预测方法
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