Blog

Jun 22, 2023

Identification des caractéristiques des vibrations de dynamitage des eaux souterraines

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 13557 (2023) Citer cet article 218 Accès aux détails des métriques Le dynamitage est largement utilisé dans les mines, les métros, les démolition et les tunnels étanches aux eaux souterraines, entre autres.

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 13557 (2023) Citer cet article

218 accès

Détails des métriques

Le dynamitage est largement utilisé dans les mines, le métro, la démolition et les tunnels étanches aux eaux souterraines. Parmi eux, le dernier est largement concerné en raison de ses nombreux tunnels adjacents, de ses exigences anti-infiltration élevées, de son contrôle strict, etc. d'une grande importance pour la construction par dynamitage et l'évaluation de la sécurité du tunnel étanche aux eaux souterraines. Compte tenu du problème selon lequel les méthodes conventionnelles d'identification de caractéristiques sont moins explorées dans les tunnels étanches aux eaux souterraines, une décomposition en mode empirique d'ensemble complémentaire avec bruit adaptatif et entropie de permutation multi-échelle et méthode de transformation de Hilbert – Huang (HHT) a été proposée. Ensuite, la méthode proposée a été vérifiée par la simulation numérique et l’ingénierie du tunnel étanche aux eaux souterraines de Huangdao. Les résultats montrent que la méthode proposée peut supprimer le repliement modal et le bruit du signal et identifier efficacement les caractéristiques de dynamitage du tunnel étanche aux eaux souterraines. De plus, l'énergie de vibration du dynamitage, qui représente 94,7 % dans la plage de fréquences de 0 à 200 Hz, et 72,5 % de 0 à 50 Hz, a été résumée. De plus, l'état de sécurité de chaque point de surveillance a été évalué par HHT et la faisabilité d'un dynamitage milliseconde a été identifiée. La méthode proposée permet d'identifier efficacement les caractéristiques de vibration et l'état de sécurité des tunnels étanches aux eaux souterraines du point de vue temps-fréquence et énergie.

Le dynamitage, qui est un moyen d'excavation économique et efficace, est largement utilisé dans les mines, les chemins de fer, les tunnels routiers, l'ingénierie hydroélectrique, les tunnels étanches aux eaux souterraines et la démolition d'immeubles urbains de grande hauteur1,2,3. Le stockage en tunnel étanche aux eaux souterraines fait référence à un système spatial souterrain qui utilise le principe de l'étanchéité à l'eau pour stocker l'énergie pétrolière et gazière, creusée dans une certaine profondeur de roche en dessous d'un niveau d'eau souterraine stable. Il est connu comme un « réservoir de réserve hautement stratégique et sûr » par l’industrie mondiale et est devenu la principale méthode de stockage d’énergie telle que le pétrole et le gaz liquéfié au niveau international. Le tunnel étanche aux eaux souterraines se trouve dans un environnement d'eau souterraine dynamique, avec de nombreuses cavernes adjacentes, des exigences anti-infiltration élevées, un contrôle strict du dynamitage, etc., faisant de la stabilité et du contrôle de sécurité du tunnel la base d'une construction et d'une exploitation sûre. Lors de son dynamitage et de son excavation, une partie de l'énergie du souffle est utilisée pour briser le massif rocheux (déformer, détruire, déplacer et projeter le massif rocheux, etc.) tout en effectuant des travaux sur le massif rocheux autour du trou de dynamitage. Pendant ce temps, une autre partie de l’énergie se propagera dynamiquement à la masse rocheuse sous la forme d’ondes sismiques explosives, provoquant des vibrations et des dommages sur les tunnels adjacents et les installations de support4,5. La loi de propagation, les caractéristiques de forme d'onde, les caractéristiques énergétiques et la loi d'atténuation des ondes sismiques de dynamitage dans le milieu peuvent être révélées en surveillant, en extrayant et en analysant les informations contenues dans le signal de vibration de dynamitage et en étudiant le spectre de fréquences et les caractéristiques de distribution d'énergie du signal de vibration de dynamitage6. ,7,8. L'analyse et l'évaluation des vibrations du dynamitage revêtent une grande importance pour l'effet de qualité de la construction par dynamitage ainsi que pour la sécurité et la stabilité des tunnels adjacents9. Cependant, les méthodes traditionnelles d'identification des caractéristiques sont principalement appliquées aux tunnels, mines et excavations de talus courants, qui font moins souvent l'objet de recherches dans les tunnels étanches aux eaux souterraines. Par conséquent, il est nécessaire d’étudier l’identification des caractéristiques de dynamitage des tunnels étanches aux eaux souterraines.

Le signal global de vibration du dynamitage présente des caractéristiques non stationnaires et non linéaires en raison de l'influence de certains facteurs, tels qu'un environnement complexe, des interférences électromagnétiques et des erreurs des instruments de surveillance10. Certains chercheurs utilisent certaines techniques actuelles d’analyse temps-fréquence pour identifier et analyser le signal. La transformée de Fourier rapide (FFT) convertit le signal de l'ensemble du domaine temporel vers le domaine fréquentiel, analyse le changement dynamique et les caractéristiques d'atténuation de l'énergie des ondes sismiques de dynamitage en fonction du temps et de la fréquence instantanée et distingue différents types de formes d'onde11. L'analyse par ondelettes peut réaliser une analyse temps-fréquence, une analyse multibande et une analyse des caractéristiques de distribution d'énergie et identifier les caractéristiques de distribution d'énergie des ondes sismiques de dynamitage avec plusieurs bandes de fréquence par rapport aux méthodes précédentes, qui ne peuvent être analysées qu'à partir d'un seul élément, tel que le amplitude, fréquence et durée des ondes vibratoires du dynamitage12. La décomposition en mode empirique (EMD) proposée par Huang et al.13 peut effectuer une décomposition adaptative multicouche pour les caractéristiques des signaux non stationnaires et non linéaires et obtenir la fonction de mode intrinsèque (IMF)14, qui contient différentes échelles de temps caractéristiques et a sa propre signification physique qui peut mettre en évidence les caractéristiques locales du signal et effectuer une analyse multi-résolution15. Les méthodes EMD d'ensemble (EEMD) et EEMD complémentaires (CEEMD) sont améliorées sur la base de l'EMD en ajoutant du bruit blanc gaussien. Ces méthodes divisent le signal original en composants de différentes échelles dans l'espace temps-fréquence, sont toutes des méthodes d'analyse de données adaptatives assistées par le bruit16, peuvent résoudre dans une certaine mesure le problème de l'alias modal et réaliser une décomposition adaptative et une extraction de caractéristiques temps-fréquence. de signaux non stationnaires17. Le CEEMD avec bruit adaptatif (CEEMDAN), qui est également amélioré sur la base de l'EMD en ajoutant du bruit blanc de manière adaptative, réduit le phénomène d'alias modal, surmonte le problème de l'erreur de reconstruction et peut reconstruire avec précision le signal d'origine18.