小波分析方法和HHT法在友谊隧道爆破振动信号分析中的研究与应用

论文摘要

随着国家经济建设的飞速发展,爆破技术在矿山开采、隧道开挖、水利水电设施建设和城市危房的拆除等工程应用也越来越多的。现在的施工现场环境越来越复杂,爆破振动产生的影响对周围干扰也是逐日增大。工程爆破工程使建设速度大大加快、也提高了工作效率减少了工人的劳动强度,促进了工程建设的发展。但是,伴随着爆破技术的发展和使用的范围不断扩大,爆破对周围环境和建(构)筑物造成的影响也越受到关注。本文首先介绍了爆破振动研究的国内外现状和一些爆破振动安全判据。之后又阐述了爆炸地震波传播的理论,说明影响爆破振动的主要参数。然后论述了小波变换和小波包变换以及希尔伯特黄变换的理论,和这三种理论在爆破振动信号分析中一些主要应用。最后根据云南公路工程试验检测中心对于友谊铁路隧道观测及爆破振动监测实施方案进行爆破振动监测收集的爆破振动信号,使用了小波变换、小波包变换和希尔伯特黄变换的方法对爆破振动信号进行分析。首先介对比了基于HHT方法的消噪滤波,频谱能量分析,相对基于小波分析方法和小波包分析方法与基于HHT方法的信号处理的在信号消噪,频谱分析等几个方面的优势和不足之处。而后使用小波变换和希尔伯特黄变换对收集的信号进行了分解,然后主要使用了希尔伯特黄变换的方法对爆破振动信号的希尔伯特谱,三维能量谱,边际谱和边际能量谱,瞬时能量谱都作了分析,分析出爆破振动信号的频谱特征,又阐述了应用瞬时能量谱和边际能量谱计算某一频带和某一时间段内的能量分析能量的方法。最后经过理论对爆破振动信号的分析和现场检查,得出结论,说明友谊公路隧道开挖时的爆破产生的振动并未对相邻的铁路隧道有很大破坏性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景、目的和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 爆破测试分析的国内外现状
• 1.2.1 爆破振动信号的分析技术
• 1.2.2 傅立叶变换
• 1.2.3 短时傅立叶变换
• 1.2.4 小波变换
• 1.2.5 小波包分析（Wavelet packet anysis）
• 1.2.6 希尔伯特黄变换（Hilbert-Huang Transform）
• 1.3 爆破振动危害评价标准的研究
• 1.3.1 评价标准
• 1.3.2 多因素判据
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 爆炸地震波理论与爆破振动影响
• 2.1 爆炸地震波的定义
• 2.1.1 爆炸地震波的形成
• 2.1.2 爆炸地震波的类型
• 2.2 爆炸地震波的频谱特征
• 2.2.1 爆炸地震波的强度
• 2.2.2 爆炸地震波的频率
• 2.2.3 爆炸地震波振动持续时间
• 2.3 影响爆炸地震波传播的因素
• 2.3.1 爆炸地震波的破坏效应
• 2.3.2 爆破参数的影响
• 第三章 基于小波变换的信号处理方法
• 3.1 小波变换理论
• 3.1.1 小波函数的定义
• 3.1.2 小波时频局部化特性
• 3.1.3 最优小波基的选择
• 3.1.4 信号阈值消噪
• 3.1.5 小波的分解与重构
• 3.2 爆破振动信号小波包分析技术
• 3.2.1 小波包分析算法
• 3.2.2 信号的小波包分析
• 3.3 小结
• 第四章 希尔伯特-黄变换的理论
• 4.1 希尔伯特黄变换理论
• 4.1.1 瞬时频率
• 4.1.2 本征模态函数
• 4.1.3 经验模式分解基本原理
• 4.2 HHT应该注意的问题
• 4.2.1 端点效应的影响
• 4.2.2 信号长度的选取
• 4.2.3 模态混叠
• 4.2.4 筛选过程停止准则
• 4.3 基于HHT方法信号处理方法的一些特性
• 4.3.1 HHT方法的时频特征
• 4.3.2 信号的EMD分解和频谱特征
• 4.3.3 EMD用于信号突变检测
• 4.3.4 消噪与滤波
• 4.4 HHT方法的优越性
• 4.5 本章小结
• 第五章 爆破振动信号分析
• 5.1 爆破振动监测理论
• 5.1.1 爆破测试原理与测试仪器
• 5.1.2 爆破振动信号现场测定
• 5.2 工程概况
• 5.2.1 工程概况
• 5.2.2 地质条件
• 5.2.3 钻爆方案
• 5.3 现场收集数据
• 5.3.1 现场监测
• 5.3.2 回归分析
• 5.4 信号的分解
• 5.4.1 信号的小波分解
• 5.4.2 基于希尔伯特黄变换的爆破信号时频分析
• 5.5 信号的能量特征
• 5.5.1 爆破振动信号的小波包功率谱
• 5.5.2 信号的希尔伯特谱和三维能量谱
• 5.5.3 通过瞬时能量谱和边际能量谱计算信号能量的大小
• 5.6 爆破振动安全性的判断
• 5.7 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 论文展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A （小波包功率谱及HHT方法的源程序）
• 附录B （攻读硕士期间公开发表的论文目录）