[发明专利]基于输入能量的爆破震动安全评价方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及爆破震动安全领域，具体涉及爆破震动信号的测试、记录、分析及超标预警，特别是基于输入能量的爆破震动安全评价方法及系统。

背景技术

爆破是土木、水利、交通、矿山等行业重要的施工手段，广泛应用于土石方开挖、隧道掘进、边坡整治、建筑物拆除、爆破筑堤等领域。另一方面，工程爆破的次生危害主要是爆破所引起的环境震动，特别是随着我国城市化进程的推进，很多工程爆破点周边有较多的城镇基础设施、居民区等，如不能合理评价爆破震动影响，则很有可能造成邻近的建筑物开裂、破坏等，甚至造成人员和财产损失。

早期的爆破震动安全评价方法往往以单一强度参数的最大值作为衡量结构是否安全的准则。其主要步骤是：首先在被保护对象的附近安设爆破震动测试传感器，测试并记录爆破震动的质点速度或质点加速度波形，直接取爆破震动波形上的峰值量与安全标准进行比较，以判断是否满足安全。目前所选用的安全标准主要是允许的峰值震动速度或峰值震动加速度，我国已废止的《爆破安全规程》(GB6722-86)即是采用质点峰值震动速度作为安全判据。最近以来，一些国家在制定爆破安全评价标准时，逐渐开始考虑了爆破震动速度和频率的共同影响，如德国、瑞士、美国、瑞典、捷克等国的爆破震动安全标准，其中最著名的是德国的DIN4150爆破震动安全标准以及美国矿业局(USBM)和露天矿山复垦管理处(OSMRE)提出的安全标准，我国2003年颁布的《爆破安全规程》(GB6722-2003)也考虑了爆破震动频率的影响。

当炸药量、爆心距、最小抵抗线相同，质点震动速度与建筑物的破坏特征关系较密切，总体上能够反映爆破震动衰减规律。当前的爆破震动安全评估方法在工程实践中存在的主要问题是：(1)单单以质点峰值震动速度或质点峰值震动加速度作为评价指标忽视了结构自身动力特性的影响，未能反映爆破动态响应过程及真实受力状态，也无法揭示结构破坏的机理。(2)目前的爆破震动信号分析方法往往直接对爆破震动波形取峰值，或者对爆破震动信号进行小波变换、时-能密度计算等，在获取爆破震动信息的手段方法方面仍有欠缺。(3)目前的爆破震动安全评价标准主要适用于建筑物主体结构破坏与否的判断，而实践中多数受爆破震动影响的房屋受损主要表现为墙体粉刷层、门窗洞口、地面地板等附属构件的开裂，现有评价标准的不够完善造成实践中往往出现误判、漏判。(4)现有方法的不足具体表现为：按照现有评价方法判断为安全的情况下，仍会出现房屋构件开裂，这给指导爆破施工和处理爆破纠纷造成了很大的困难和不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有爆破震动监测和爆破震动安全评价中存在的评价指标过于单一、信号处理方法不够完善、爆破震动危害误判漏判的问题，提高爆破震动安全评估的准确性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于输入能量的爆破震动安全评价方法，包括以下步骤：

(1)爆破区起爆后产生的震动波传播至三分量震动速度传感器，并触发爆破震动信号采集仪器，爆破震动信号采集仪器记录测点三个正交方向上的爆破震动波；

(2)爆破震动信号采集仪器将实测爆破震动信号传输至计算机系统，并经数据接口传递给爆破震动安全评价模块的经验模态分解子模块；

(3)经验模态分解子模块对爆破震动信号进行经验模态分解，提取爆破震动信号的固有模态函数分量，并将相关数据提交至Hilbert变换子模块；

(4)Hilbert变换子模块对爆破震动信号的固有模态函数作Hilbert变换，计算出该信号的Hilbert瞬时能量值；

(5)Hilbert能量计算子模块对Hilbert瞬时能量值进行积分，获得总输入能量TIE值；

(6)从爆破震动安全评价指标库模块中，选取预置的爆破区被保护对象的临界TIE指标，以总输入能量TIE值作为爆破震动安全评价指标；当得到的总输入能量TIE值小于该临界TIE指标时，则爆破区被保护对象处于爆破震动安全状态，主控单元向计算机系统的显示终端发出提示安全的信息；反之，被保护对象可能出现破坏，主控单元向计算机系统的显示终端发出提示危险的信号。