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前言1

绪论1

第1章　弹性波理论基础10

1.1　波动现象与弹性波10

1.1.1　波动现象10

1.1.2　弹性波10

1.2　弹性波的特征参数12

1.3　波的干涉13

1.4.2　运动方程15

1.4.1　介质的弹性常数15

1.4　弹性波的状态方程15

1.4.3　波动方程式17

1.5　体波19

1.5.1　纵波19

1.5.2　横波20

1.5.3　纵波与横波的传播速度20

1.6　Rayleigh表面波20

1.6.1　半空间介质中的R波21

1.6.2　R波的传播及其特点23

1.7.1　L波存在的条件26

1.7　Love表面波26

1.7.2　L波的传播速度27

1.8　波的反射和折射27

1.8.1　反射和折射法则28

1.8.2　弹性波的反射和折射28

1.8.3　反射波和折射波的能量分配29

第2章　爆炸及其与岩土介质的作用32

2.1　爆炸的基本概念32

2.1.1　爆炸的分类32

2.1.2　炸药爆炸的基本特征33

2.2　爆炸冲击波34

2.2.1　扰动及其特征的变化35

2.2.2　爆炸冲击波36

2.2.3　冲击波一维传播的基本关系36

2.2.4　多方气体近似的爆炸波基本方程37

2.2.5　凝聚介质中的冲击波39

2.3　爆炸冲击波与凝聚介质界面的相互作用39

2.3.1 冲击波在凝聚介质表面附近的传播40

2.3.2 反射稀疏波40

2.3.3　反射冲击波41

2.4　岩土介质的爆炸冲击动力学性能42

2.4.1　岩石介质的动力学性能42

2.4.2　土介质的动力学性能44

2.5　岩石介质中的爆炸作用47

2.5.1　岩石介质爆炸作用的初始参数48

2.5.2　洞壁的膨胀49

2.5.3　耦合与非耦合装药51

2.5.4　岩体内部变形响应的估计55

2.6.1　爆炸波在土介质中的传播特征56

2.6　土介质中的爆炸作用56

2.6.2　土介质爆炸作用的初始参数58

2.6.3　爆炸空腔的形成59

第3章　爆炸地震波63

3.1　引言63

3.1.1　爆炸地震波的基本类型63

3.1.2　爆炸地震效应65

3.2　爆炸地震波的产生与传播66

3.2.1　振动强度与装药量之间的关系66

3.2.2　爆炸地震波的距离衰减关系66

3.3　爆炸地震波的主要影响因素分析70

3.3.1　介质特征71

3.3.2　装药性质72

3.3.3　起爆形式73

3.3.4　装药的耦合性76

3.3.5　地形条件与沟槽效应78

3.4　微差爆破与两次爆炸事件的联合地震效应81

3.4.1　两次爆炸事件的联合作用82

3.4.2　振动时间历史的随机叠加效应83

3.4.3　两次爆炸事件的联合地震效应83

3.4.4　场地实验结果84

3.5　爆炸地震波的频谱特征85

3.5.1　离散采样信号的Fourier级数拟合86

3.5.2　地面爆炸时地震波的频谱特征87

3.5.3　地下爆炸时地震波的频谱特征90

3.6　爆炸地震波的持续时间长度与初始冲击特性91

3.6.1　地面振动幅值的持时特征91

3.6.2　爆炸地震波的初始冲击特征94

第4章　爆炸振动的时频分析99

4.1　非平稳随机过程的描述99

4.1.1　非平稳随机信号的描述99

4.1.2　非平稳随机过程谱的频率概念100

4.1.3　非平稳随机过程的功率演变谱102

4.2　爆炸振动的随机演变描述103

4.2.1　演变分解的物理过程103

4.2.2　爆炸振动演变分解的近似存在性104

4.2.3　随机演变近似的理论原理105

4.2.4　实例分析106

4.3　基于Fourier变换的时频分析110

4.4　连续小波变换离散化的时频分析111

4.4.1　理论原理112

4.4.2　小波变换的离散化113

4.4.3　L-P小波基函数的改进114

4.4.4　时频特征关系式115

4.4.5　爆炸振动时频特征分析116

4.4.6　爆炸振动理论模型的建立118

4.5　爆炸振动时频特征的多分辨分析119

4.5.1　爆炸振动信号的小波分解120

4.5.2　振动能量分布121

4.5.3　时频特征分析122

4.6.1　理论原理124

4.6　基于小波包分解的时频分析方法124

4.6.2　爆炸振动的小波包变换时频分析125

第5章　弹性动力学解131

5.1　球形空腔爆炸的地震波131

5.1.1　质点位移的理论解131

5.1.2　常压力爆炸作用下的质点振动分析133

5.2　弹性半空间表面点载荷的地震波解135

5.2.1 Laplace变换与Hankel变换136

5.2.2　问题的描述137

5.2.3　位移的形式解138

5.2.4 自由表面上的位移139

5.3　Lamb点载荷问题的积分变换数值分析方法145

5.3.1　积分变换形式的位移解146

5.3.2　Lamb点载荷问题的数值计算方法146

5.3.3　数值计算结果的对比分析150

5.3.4　爆炸载荷作用下地震波的数值解151

5.4　有限尺寸爆炸载荷的地震波153

5.4.1　基本方程153

5.4.2　位移关系的求解155

5.4.3　数值计算结果158

5.5　地面振动的粘弹性频率响应关系160

5.5.1 弹性半空间表面的频率响应函数161

5.5.2　介质粘滞特性的引入162

5.5.3　粘弹性频率响应关系163

5.5.4　爆炸地面振动的功率谱165

第6章　结构振动响应分析169

6.1　爆炸地震反应谱169

6.1.1　地震动的反应169

6.1.2　爆炸地震的反应谱173

6.2　爆炸振动的随机演变响应180

6.2.1　振源模型及其基本参数181

6.2.2　单自由度系统的演变响应解182

6.2.3　结构响应预测183

6.3　小波变换方法185

6.3.1　单自由度系统的瞬态响应185

6.3.2　多自由度系统的瞬态响应188

6.3.3　单自由度系统的随机输入输出关系191

6.4　浮放设备的冲击振动响应193

6.4.1　刚体冲击振动模型194

6.4.2　浮放设备的爆炸振动响应195

6.5.1　RC框架结构模型196

6.5　振动响应的局部模态效应196

6.5.2　爆炸振动的高频激励特征分析197

第7章　爆炸振动的安全性问题203

7.1　爆炸地震的安全判据203

7.1.1　爆炸地震的结构安全判据203

7.1.2　振动敏感的电子仪器设备206

7.1.3　人体的爆炸振动响应207

7.2　建筑结构破损的评估与数值模拟分析208

7.2.1　爆炸地震的激励209

7.2.2　非线性动力学分析与结构损伤模型211

7.2.3　三个典型的建筑结构及其简化模型213

7.2.4　结构损伤指数及其分析215

7.2.5　结构破损的多层次分析219

7.3　计算机硬盘驱动器的爆炸振动安全性研究221

7.3.1　硬盘驱动器冲击振动响应特征的理论分析222

7.3.2　爆炸振动毁伤试验228

7.3.3　应用实例分析234

7.4　边坡的稳定性236

7.4.1　岩质边坡237

7.4.2　土质边坡238

7.4.3　振动频率的影响241