Page 138 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

−0.5
−0.4
−0.6
−1.0
−1.0
−0.5 −0.5 −0.2
−0.2
−1.0 −0.5 −0.4
−1.5 −1.0 −0.6
−2.0
第 46 卷 贾永胜，等： 水下钻孔爆破孔底复合垫层装药结构的损伤控制模型 第 11 期

1.5 A2 Post-blasting 1.0 C2 Post-blasting 1.0 E2 Post-blasting
1.0
C2 Pre-blasting
E2 Pre-blasting
A2 Pre-blasting
Sensor voltage/V −0.5 0
0.5
S3 0.5 0 Sensor voltage/V 0 Sensor voltage/V 0.5
−1.0
−1.0
−1.5 −0.5 −0.5
−1.0
0 0.001 0.002 0.003 0 0.001 0.002 0.003 0 0.001 0.002 0.003
Time/s Time/s Time/s
1.5 1.5
A2 Post-blasting 1.5 C2 Post-blasting E2 Post-blasting
1.0 A2 Pre-blasting 1.0 C2 Pre-blasting E2 Pre-blasting
Sensor voltage/V −0.5 −0.5 −0.5
0.5
0.5
S4 0 Sensor voltage/V 0.5 0 Sensor voltage/V 1.0 0
−1.0
−1.5
−1.5 −1.0 −1.0
−1.5
0 0.001 0.002 0.003 0 0.001 0.002 0.003 0 0.001 0.002 0.003
Time/s Time/s Time/s
图 8 岩样不同测点爆破前后压电信号
Fig. 8 Piezoelectric signals at different measurement points of the rock sample before and after blasting
碍应力波传播，进而导致传感器接收到的电压信号幅值降低。由于装药结构的不同，导致各组岩样产生
了不同程度的损伤。
S1～S4 组岩样爆后测点 A2 的压电信号幅值基本为零，表明各组岩样对应炮孔区域均出现完全损伤；
在测点 C2，S1～S3 组岩样爆后压电信号几乎为零，说明其炮孔底部测点处完全损伤。而 S4 组岩样爆后测
点 C2 的压电信号与爆前初始信号相比，电压幅值削弱，但较其他岩样，削减程度较低，说明存在部分损伤。
在测点 E2，S1 组岩样爆后压电信号几乎衰减为零，说明其测点基底部分完全损伤。S2～S4 组岩样爆后测
点 E2 电压幅值均有不同程度衰减，表明各组岩样基底存在差异化损伤，其中 S4 组岩样爆后测点 E2 的
压电信号与爆前相比几乎无衰减，说明其基底部分损伤程度最小，近乎无损伤。上述压电信号检测结果
与岩样爆后的宏观裂纹观测结果一致，进一步说明了孔底复合垫层会削弱孔底损伤，可有效保护基岩。
2.2.2 岩体损伤深度分析
基于 2.2.1 节中通过对岩样爆破前后压电信号的定性分析，为进一步量化岩体损伤深度，在时域分
析环节，选取能量作为损伤识别的特征参数（信号能量在结构健康监测领域应用最为广泛）。通过分析
爆破前后压电信号在相应时域的能量，计算出第 2 种监测方式中 28 个测点的损伤因子。对采集到的原
始压电信号进行 Butterworth 带通滤波，通带频率设为 50～500 kHz 以保留应力波主频成分，抑制高频噪
声和低频振动干扰。截取爆前和爆后信号中同一时间窗口（本试验取 0～30 μs）的数据段，确保信号长度
与时间基准完全一致。对采集的信号 X 用小波包分析方法进行分解，得到 2 个子信号。
N
(10)
X k = X 1 + X 2 + X 3 + X 4 +···+ X 2N−1 + X 2 N
式中：X 为信号经过 N 层小波包分解 [26-28] 后第 k 频带上的子信号，k=1, 2, 3, ···, 2 ，2 为末层子信号个
N
N
k
数。设末层每个频带内的采样点数为Ｍ，X 进一步表示为：
k
(11)
X k = X k,1 + X k,2 + X k,3 + X k,4 +···+ X k,2 N−1 + X k,2 N
信号 X 经 N 层小波包分解后，末层各频带子信号能量表达式为：
E k = [e k,1 ,e k,2 ,··· ,e k,M−1 ,e k,M ] (12)

M
∑
E k = |e k,i | 2 (13)
i=1

113902-9