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Jun 22, 2023

Identificação das características de vibração de detonação das águas subterrâneas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13557 (2023) Citar este artigo 218 Acessos Métricas detalhes A detonação é amplamente utilizada em mineração, metrô, demolição e túneis selados de águas subterrâneas, entre

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13557 (2023) Citar este artigo

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A detonação é amplamente utilizada em mineração, metrô, demolição e túneis selados de águas subterrâneas, entre eles, o último é amplamente preocupado por causa de seus muitos túneis adjacentes, altos requisitos anti-infiltração, controle rigoroso de detonação, etc. de grande importância para a construção da detonação e a avaliação da segurança do túnel selado às águas subterrâneas. Tendo em vista o problema de que os métodos convencionais de identificação de características são menos explorados em túneis selados com águas subterrâneas, foi proposta uma decomposição de modo empírico de conjunto complementar com ruído adaptativo e entropia de permutação multiescala e método de transformada de Hilbert-Huang (HHT). Em seguida, o método proposto foi verificado pela simulação numérica e pela engenharia do túnel selado com águas subterrâneas de Huangdao. Os resultados mostram que o método proposto pode suprimir o aliasing modal e o ruído do sinal e identificar de forma eficaz as características de detonação do túnel selado com águas subterrâneas. Além disso, foi resumida a energia de vibração de detonação, que representa 94,7% na faixa de frequência de 0–200 Hz, 72,5% de 0–50 Hz. Além disso, o status de segurança de cada ponto de monitoramento foi avaliado através do HHT e a viabilidade de detonação de milissegundos foi identificada. O método proposto pode identificar as características de vibração e o status de segurança do túnel selado com águas subterrâneas do ponto de vista do tempo-frequência e da energia de forma eficaz.

A detonação, que é um meio de escavação econômico e eficaz, é amplamente utilizada em mineração, ferrovia, túnel rodoviário, engenharia hidrelétrica, túnel selado de águas subterrâneas e demolição de arranha-céus urbanos1,2,3. O armazenamento em túnel selado de água subterrânea refere-se a um sistema de espaço subterrâneo que utiliza o princípio de vedação de água para armazenar energia de petróleo e gás, escavado em uma certa profundidade de rocha abaixo de um nível estável de água subterrânea. É conhecido como um “reservatório de reserva altamente estratégico e seguro” pela indústria global e tornou-se o principal método de armazenamento de energia, como petróleo e gás liquefeito, internacionalmente. O túnel selado com águas subterrâneas está em um ambiente dinâmico de água subterrânea, com muitas cavernas adjacentes, altos requisitos anti-infiltração, controle rigoroso de detonação, etc., tornando a estabilidade do túnel e o controle de segurança a base para a construção e operação segura. Durante a detonação e escavação, uma parte da energia da explosão é usada para quebrar o maciço rochoso (deformar, destruir, mover e lançar o maciço rochoso, etc.) enquanto realiza trabalho no maciço rochoso ao redor do buraco de explosão. Enquanto isso, outra porção da energia será propagada dinamicamente para o maciço rochoso na forma de ondas sísmicas explosivas, causando efeitos de vibração e danos em túneis adjacentes e instalações de apoio4,5. A lei de propagação, características da forma de onda, características de energia e lei de atenuação das ondas sísmicas de detonação no meio podem ser reveladas monitorando, extraindo e analisando as informações no sinal de vibração de detonação e estudando o espectro de frequência e as características de distribuição de energia do sinal de vibração de detonação6 ,7,8. A análise e avaliação da vibração da detonação são de grande importância para o efeito da qualidade da construção da detonação e para a segurança e estabilidade dos túneis adjacentes9. No entanto, os métodos tradicionais de identificação de características são aplicados principalmente a túneis comuns, minas e escavações de taludes, que são menos comumente pesquisados ​​em túneis selados com águas subterrâneas. Portanto, é necessário estudar a identificação das características de detonação para túneis selados com águas subterrâneas.

O sinal geral de vibração de detonação apresenta características não estacionárias e não lineares devido à influência de determinados fatores, como ambiente complexo, interferência eletromagnética e erros de instrumentos de monitoramento10. Alguns estudiosos usam certas técnicas atuais de análise tempo-frequência para identificar e analisar o sinal. A transformada rápida de Fourier (FFT) converte o sinal de todo o domínio do tempo para o domínio da frequência, analisa a mudança dinâmica e as características de atenuação da energia das ondas sísmicas explosivas com o tempo e a frequência instantânea e distingue diferentes tipos de formas de onda . A análise wavelet pode realizar análise tempo-frequência, análise multibanda e análise característica de distribuição de energia e identificar as características de distribuição de energia de ondas sísmicas explosivas com múltiplas bandas de frequência em comparação com métodos anteriores, que só podem ser analisados ​​a partir de um único elemento, como o amplitude, frequência e duração das ondas vibratórias explosivas12. A decomposição de modo empírico (EMD) proposta por Huang et al.13 pode realizar decomposição adaptativa multicamadas para as características de sinais não estacionários e não lineares e obter a função de modo intrínseco (FMI)14, que contém diferentes escalas de tempo características e tem seu próprio significado físico que pode destacar as características locais do sinal e realizar análises multi-resolução . Os métodos ensemble EMD (EEMD) e complementar EEMD (CEEMD) são aprimorados com base no EMD pela adição de ruído branco gaussiano. Esses métodos dividem o sinal original em componentes de diferentes escalas no espaço tempo-frequência, são todos métodos adaptativos de análise de dados assistidos por ruído16, podem resolver o problema de aliasing modal até certo ponto e realizar decomposição adaptativa e extração de recursos tempo-frequência de sinais não estacionários17. O CEEMD com ruído adaptativo (CEEMDAN), que também é aprimorado com base no EMD pela adição adaptativa de ruído branco, reduz o fenômeno do aliasing modal, supera o problema do erro de reconstrução e pode reconstruir com precisão o sinal original .