CN115408907A - 一种地表抗爆打击性能评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种地表抗爆打击性能评价方法及系统，涉及地球物理学技术领域，方法包括：获取地震记录上的初至波信息，利用初至层析成像方法反演得到近地表速度模型，以根据近地表速度模型、炸药性质参数、炸药装载物的材料参数以及岩石物理参数计算爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值，以及进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞地质结构模型，得到爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值，从而实现根据理论值、模拟值以及地质背景对地表抗爆打击性能进行定量综合评价。本发明能提高评价结果的准确性。

Description

一种地表抗爆打击性能评价方法及系统

技术领域

本发明涉及地球物理学技术领域，特别是涉及一种地表抗爆打击性能评价方法及系统。

背景技术

炸药对于野外岩土的爆炸破坏性，可以体现炸药的杀伤性能以及目标岩土的抗爆打击能力；为了研究炸药对于野外岩土表面的破坏性，并评价目标区域岩土的抗爆打击性能，需要研究爆炸冲击对于目标岩土结构的冲击破坏机理。目前，常规方法未对实际地质情况进行定量研究，并且这些方法都是针对“单点”的研究对象，没有对目标进行综合评价，因此评价结果并不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种地表抗爆打击性能评价方法及系统，以提高评价结果的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种地表抗爆打击性能评价方法，所述方法包括：

获取待评价抗爆打击性能的地表对应的地震记录上的初至波信息；

根据所述初至波信息，利用初至层析成像方法反演得到近地表速度模型；

将所述待评价抗爆打击性能的地表划分为多个目标区域；

按所述目标区域将所述近地表速度模型划分为多个近地表速度子模型，得到各所述目标区域的近地表速度子模型；

获取炸药性质参数、炸药装载物的材料参数和各所述目标区域的岩石物理参数；

根据所述炸药性质参数、所述炸药装载物的材料参数以及各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，计算各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值；

根据所述炸药性质参数、所述炸药装载物的材料参数以及各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各所述目标区域的地质结构模型，得到各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值；

根据各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值和模拟值，以及各所述目标区域的地质背景，对各所述目标区域的抗爆打击性能进行综合评价。

可选地，所述炸药性质参数包括密度、爆压、爆速、初始比内能和爆轰产物相对体积。

可选地，所述炸药装载物的材料参数包括密度、剪切模量、杨氏模量、泊松比、屈服应力、硬化系数和硬化指数。

可选地，所述岩石物理参数包括密度、杨氏模量、泊松比、抗压强度、切线模量、纵波速度和横波速度。

可选地，所述根据所述炸药性质参数、所述炸药装载物的材料参数以及各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各所述目标区域的地质结构模型，得到各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值，具体包括：

根据所述炸药性质参数和所述炸药装载物的材料参数，构建炸药整体模型；

根据各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，构建各所述目标区域的地质结构模型；

利用有限元模拟，模拟所述炸药整体模型碰撞各所述目标区域的地质结构模型，得到各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值。

本发明还提供了如下方案：

一种地表抗爆打击性能评价系统，所述系统包括：

初至波信息获取模块，用于获取待评价抗爆打击性能的地表对应的地震记录上的初至波信息；

初至层析成像反演模块，用于根据所述初至波信息，利用初至层析成像方法反演得到近地表速度模型；

目标区域划分模块，用于将所述待评价抗爆打击性能的地表划分为多个目标区域；

近地表速度模型划分模块，用于按所述目标区域将所述近地表速度模型划分为多个近地表速度子模型，得到各所述目标区域的近地表速度子模型；

参数获取模块，用于获取炸药性质参数、炸药装载物的材料参数和各所述目标区域的岩石物理参数；

理论值计算模块，用于根据所述炸药性质参数、所述炸药装载物的材料参数以及各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，计算各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值；

有限元模拟模块，用于根据所述炸药性质参数、所述炸药装载物的材料参数以及各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各所述目标区域的地质结构模型，得到各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值；

综合评价模块，用于根据各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值和模拟值，以及各所述目标区域的地质背景，对各所述目标区域的抗爆打击性能进行综合评价。

可选地，所述炸药性质参数包括密度、爆压、爆速、初始比内能和爆轰产物相对体积。

可选地，所述炸药装载物的材料参数包括密度、剪切模量、杨氏模量、泊松比、屈服应力、硬化系数和硬化指数。

可选地，所述岩石物理参数包括密度、杨氏模量、泊松比、抗压强度、切线模量、纵波速度和横波速度。

可选地，所述有限元模拟模块具体包括：

炸药整体模型构建单元，用于根据所述炸药性质参数和所述炸药装载物的材料参数，构建炸药整体模型；

地质结构模型构建单元，用于根据各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，构建各所述目标区域的地质结构模型；

有限元模拟单元，用于利用有限元模拟，模拟所述炸药整体模型碰撞各所述目标区域的地质结构模型，得到各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开的地表抗爆打击性能评价方法及系统，获取地震记录上的初至波信息，利用初至层析成像方法反演得到近地表速度模型，以根据近地表速度模型、炸药性质参数、炸药装载物的材料参数以及岩石物理参数计算爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值，以及进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞地质结构模型，得到爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值，从而实现根据理论值、模拟值以及地质背景(实际地质情况)对地表抗爆打击性能进行定量综合评价，提高评价结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明地表抗爆打击性能评价方法实施例的流程图；

图2为本发明基于地震数据的岩土抗爆打击能力评价方法流程图；

图3为本发明实施例中的某道地震记录示意图；

图4为本发明实施例中的层析成像反演获取的地下介质速度结果示意图；

图5为本发明实施例中的仿真模拟结果示意图；

图6为本发明实施例中的上覆土层地质分布图；

图7为本发明实施例中的目标区域的抗爆打击能力评价结果示意图；

图8为本发明地表抗爆打击性能评价系统实施例的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种地表抗爆打击性能评价方法及系统，以提高评价结果的准确性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明地表抗爆打击性能评价方法实施例的流程图。参见图1，该地表抗爆打击性能评价方法包括：

步骤101：获取待评价抗爆打击性能的地表对应的地震记录上的初至波信息。

步骤102：根据初至波信息，利用初至层析成像方法反演得到近地表速度模型。

步骤103：将待评价抗爆打击性能的地表划分为多个目标区域。

步骤104：按目标区域将近地表速度模型划分为多个近地表速度子模型，得到各目标区域的近地表速度子模型。

步骤105：获取炸药性质参数、炸药装载物的材料参数和各目标区域的岩石物理参数。

该步骤105中，炸药性质参数包括密度、爆压、爆速、初始比内能和爆轰产物相对体积。

炸药装载物的材料参数包括密度、剪切模量、杨氏模量、泊松比、屈服应力、硬化系数和硬化指数。

岩石物理参数包括密度、杨氏模量、泊松比、抗压强度、切线模量、纵波速度和横波速度。

步骤106：根据炸药性质参数、炸药装载物的材料参数以及各目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，计算各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值。

步骤107：根据炸药性质参数、炸药装载物的材料参数以及各目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各目标区域的地质结构模型，得到各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值。

该步骤107具体包括：

根据炸药性质参数和炸药装载物的材料参数，构建炸药整体模型。

根据各目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，构建各目标区域的地质结构模型。

利用有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各目标区域的地质结构模型，得到各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值。

步骤108：根据各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值和模拟值，以及各目标区域的地质背景，对各目标区域的抗爆打击性能进行综合评价。

该步骤108具体包括：

根据各目标区域的地质背景得到各目标区域的地下构造的岩石组成。

根据岩石组成对各目标区域的抗爆打击性能进行初步评价，得到各目标区域的抗爆打击性能的初步评价等级。

根据理论值对各目标区域的抗爆打击性能进行再次评价，得到各目标区域的抗爆打击性能的再次评价等级。

根据模拟值对各目标区域的抗爆打击性能进行进一步评价，得到各目标区域的抗爆打击性能的进一步评价等级。

综合各目标区域的抗爆打击性能的初步评价等级、再次评价等级和进一步评价等级，得到各目标区域的抗爆打击性能的最终评价等级。

下面以一个具体实施例说明本发明的技术方案：

图2为本发明基于地震数据的岩土抗爆打击能力评价方法流程图，主要包括地震数据处理和仿真模拟两个部分，地震数据处理部分主要涉及地震数据初至层析成像方法构建地下介质速度结构以及利用岩石物理实验获取地下介质物性参数，仿真模拟部分主要涉及构建爆炸对目标区域的影响。参见图2，本发明地表抗爆打击性能评价方法提供了一种基于地震数据的岩土抗爆打击能力评价的技术，其方法流程如下所示：

(一)利用野外采集的浅震数据进行初至层析成像方法反演得到地下浅层的速度结构。

地震记录上的初至波包含有丰富的地质结构和构造信息，且初至波在地震记录上具有信噪比高和易于识别的特点。因此可以对检波器接收的地震记录上的初至波信息进行有效利用，采用初至层析成像方法反演获得近地表层的速度模型。在获取近地表的速度结构(地下介质的速度模型)时，利用地震记录上的初至波信息进行初至层析成像方法。初至层析成像方法可分为以下五个具体步骤：

第1步：根据野外数据采集时布设的观测系统设置炮点、检波点、炮间距以及炮检距和道间距(在做反演时，需要知道它的炮点、检波点、道间距、炮间距和炮检距)。其中，道间距即每个检波点之间的间隔，炮间距即炮点之间的间距，炮检距即炮点与检波点之间的间距。

第2步：将野外采集得到的原始数据进行折射波初至拾取，即在地震记录上，将折射波的初次到达时间拾取出来，得到检波点第一次接收到折射波的时间，如下为利用折射波初至时间(折射波的初至时间)计算纵波速度的公式：

式中，x表示炮检距，h为反射界面深度，v₁为上层纵波速度，v₂为下层纵波速度，地震波在传播的过程当中，只有遇到有差异(速度、密度和各向异性等)的时候才会发生反射、折射等现象，布设在地表的检波器才能接收到包含地下介质的信息的波。因此，在理论上，依据差异将地下介质分为几层，v₁即这个折射波产生的地层的纵波速度，v₂即这个折射波产生的地层的下一地层的纵波速度。t为初至拾取的时间，θ是入射角度，公式中的时间t即利用折射波拾取出来的初至时间。

其中，折射波初至即首次接收到初至波的时间；初至折射波即第一次到达的折射波。折射波初至是时间，初至折射波是波。

第3步：建立初始模型，包括最大深度、最大炮检距、平滑半径(X)、平滑半径(Y)以及深度-速度对应关系，同时设置反演参数，包括反演网格大小、反演精度、平滑、最大反演次数、初至提取误差、扰动率和速度范围。

其中，初始速度模型是自己建立的，一般是一个常数值矩阵或者是一个线性变化的常数矩阵，矩阵的行和列分别表示深度和地表检波点(检波器)位置，初始速度模型根据工区的实际情况估算(一般是根据文献调研获得)的一个大致的模型。最大深度一般是该方法的有效深度，一般取30m(浅层勘探)。最大炮检距是根据观测系统设置。平滑半径X和Y一般选取默认值。深度-速度对应关系是依据对目标区域的岩层类型调查初步得出的一个关系。

反演的方法的流程是不断通过速度模型的正演得到的记录与实际的地震记录进行比对，调整参数，使得正演得到的记录与实际的记录之间的误差最小，这一整个过程为反演，里面包含了许多个正演。正演是反演的一个部分，在反演中需要正演无数次，找出和实际记录最接近的正演记录，那么此时可以认为该正演记录的速度模型，就是实际的速度模型，这一整个过程即反演。

第4步：按照观测系统和初始模型进行正演，得到初步正演的地震记录(计算的地震记录)。

第5步：检查地震记录与采集数据之间走时误差的拟合情况，若拟合结果不满足精度要求时，先调整速度模型，重新正演(即重新进行第2步-第5步)，再微调初至时间，重新正演(即重新进行第2步-第5步)；拟合结果满足精度要求时，进行下一步操作(第6步)。

第6步：输出最终调整过后的地下浅层的速度模型。

上述第1步至第6步主要根据获取的待评价抗爆打击性能的地表对应的地震记录上的初至波信息，利用初至层析成像方法反演得到近地表速度模型(最终调整过后的地下浅层的速度模型)。

(二)利用野外采集的岩土样品进行岩石物理实验，得到地下浅层介质的岩石物理参数。

在获取到地下介质速度模型之后，对岩土样品进行岩石物理实验得到岩石物理参数。岩石物理参数包括密度、杨氏模量、泊松比、抗压强度、切线模量、纵波速度和横波速度。

在对待评价抗爆打击性能的地表进行抗爆打击性能评价时，将待评价抗爆打击性能的地表划分为多个目标区域，按目标区域将近地表速度模型划分为多个近地表速度子模型，得到各目标区域的近地表速度子模型，再针对每个目标区域的岩土样品进行岩石物理实验得到各目标区域的岩石物理参数。

(三)根据动力有限元理论，利用获得的速度结构与介质岩石物理参数初步计算爆炸影响范围的理论值，再结合炸药参数(炸药性质参数)、炸药装载物的材料参数和耦合参数开展爆炸作用下岩土结构动力响应有限元模拟，得到地下浅层介质的参数与抗爆打击能力之间的模拟仿真关系。

首先，在获取到地下介质速度模型之后，结合对岩土样品进行的岩石物理实验得到的岩石物理参数以及炸药参数(炸药参数根据选用的何种质量、何种体积、何种种类的炸药来确定)，将岩土爆炸区域(岩土爆炸区域是一个较为理论的分类，是大部分学者认同的一个理论，所以基本是默认产生三个爆炸区域)分为三个部分，分别为空腔区、塑性区和弹性区，三个区域半径分别用r₀、r₁和r₂表示。炸药爆炸产生强大的冲击波，冲击波向外传播，周边土体被压缩，并向外移动，使得爆炸空腔的直径瞬时增大，土体中出现扩腔作用。为了计算爆炸成腔直径，假设土体的压缩比为

则冲击波的径向应力峰值的表达式可根据鲍母状态方程得到(利用鲍母状态方程，结合它求解方程的条件，即边界应力相等，可以求解得出弹性区半径r₂和塑性区域半径r₁)：

式中，

表示土体压缩比，σ_r表示冲击波的径向应力峰值，ρ为土体的原始密度，D定义为土体中纵波的传播速度(第2步计算出的纵波速度)。

冲击波在土体内的衰减规律可以表示为：

式中，r_an＝r/r₀，r为冲击波的传播距离，r₀为空腔半径，σ_m表示爆炸形成的腔壁上作用的初始应力，α在岩土介质中一般取1.5左右。

压缩区域土体的质量守恒，爆炸前后的密度可表示为：

其中，ρ_m为土体初始压缩密度。

结合上述公式，可以推导塑性区半径表达式：

式中，σ_m表示爆炸形成的腔壁上作用的初始应力。

爆炸形成的腔壁上的初始应力为：

其中，D_e为炸药的爆速，ρ_e为炸药的密度(kg/m³)。

边界应力为：

式中，σ_c为弹性体单轴抗压强度。

将σ_r2、σ_m和σ_r的表达式联立，可推导出弹性区半径的表达式：

根据上述方程，可计算爆炸在地表产生的影响，获得爆炸在地表产生的理论影响(该影响即爆炸的范围的大小，计算的r₁、r₂越大，对地表的影响越大)，即目标区域土体抗爆打击能力的理论评价。评价爆炸在地表的影响，即直观地看爆炸的范围的大小，即爆炸在x、y、z三个方向上的半径，或者说是r₀、r₁、r₂的大小。

步骤(三)中上述步骤主要根据炸药性质参数、炸药装载物的材料参数以及各目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，计算各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值r₂和r₁。

此外，在获取到地下介质速度模型之后，结合对岩土样品进行的岩石物理实验得到的岩石物理参数以及炸药参数，进行有限元模拟，有限元模拟的方法可以分为以下四个具体步骤：

第①步：利用Gruneisen状态方程计算爆炸时介质压力。在进行仿真模拟时，模拟的炸药接触模拟的地层时，会发生爆炸，爆炸的大小以及影响与介质压力有关。Gruneisen状态方程如下：

式中，p为介质压力，C、S₁、S₂和S₃为材料常数，C为vs-vp曲线的截距，S₁、S₂和S₃为vs-vp曲线的斜率系数，γ₀为Gruneisen常数，a为γ₀和μ(μ＝ρ/ρ₀-1)的一阶体积修正量，ρ为波后扰动的介质密度，ρ₀为波前介质密度。μ即介质密度在波后与波前的差异的百分化。

同时，结合炸药性质参数，设置炸药其它参数，即炸药装载物的材料参数，包括密度、剪切模量、杨氏模量、泊松比、屈服应力、硬化系数、硬化指数，建立炸药的整体模型(依据炸药参数以及形成炸药装载物的材料参数，共同构建一个炸药的整体模型)。

其中，炸药整体模型是根据已有的炸药数据建立的模型，构建方法也与现有的构建方法相同。

第②步：设置耦合参数，用于描述炸药和炸药装载物之间的关系。

其中，在构建炸药整体模型时，炸药和炸药装载物是分开进行模拟的，最后需要将炸药装载物和炸药结合在一起，而耦合参数则是用来说明炸药装载物和炸药结合的是否紧密，或者是炸药在炸药装载物里面会有一定的移动。

第③步：利用初至层析成像方法获得的速度模型(上述第6步得到的最终调整过后的地下浅层的速度模型)以及通过岩石样品的岩石物理实验获取其它参数，如泊松比、杨氏模量、密度、切线模量和抗压强度等参数，构建目标区域的地质结构模型。

其中，构建的目标区域的地质结构模型即目标区域的实际地下结构，其包含了泊松比、纵波速度和横波速度等信息，构建模型的方法是常规的建模方法。

仿真模拟需要地下介质的一个速度模型，以及其他的岩石物理参数共同来构建一个模型，从而模拟炸药在目标区域爆炸时产生的影响。

第④步：模拟炸药整体模型以一定的角度和发射速度碰撞到地质结构模型，此时会产生一定的介质压力，导致地质结构遭到破坏，此时可根据模拟的地质结构受破坏的程度(即建立的地质模型在该炸药的爆炸之下，其产生的爆炸区域的半径)，评估该目标区域的岩土的抗爆打击能力。

此处的评价是一个相对的评价，是对目标区域的一个评价。假设炸药在目标区域A爆炸，爆炸半径为2，在目标区域B爆炸，爆炸半径为3，则认为目标区域A的抗爆打击能力较强，具体的对应需要考虑实际情况。

上述第①步-第④步主要根据炸药性质参数、炸药装载物的材料参数以及各目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各目标区域的地质结构模型，得到各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值(模拟值可通过有限元模拟的模拟结果直接测量得到)。

(四)结合地质调查结果、爆炸影响范围的理论计算值以及模拟仿真获得的模拟结果，进行岩土抗爆打击能力的最终评价。

最终，将理论计算的结果(理论计算的爆炸区域的半径大小，即上述计算出的r₀、r₁和r₂的大小)、仿真模拟得到的目标区域的抗爆打击能力以及目标区域的地质背景结合，评价其岩土抗爆打击能力。通过结合理论计算的爆炸范围、第④步仿真模拟得到的抗爆打击能力和目标区域的地质背景共同进行一个综合性的评价。

其中，目标区域的地质背景即是该区域的地层主要是由何种岩石构成，不同的岩石具有不同的性质，会导致爆炸区域的大小不同，这是一个大致的估算。

综合性的评价即首先根据其地质背景调查，了解目标区域地下构造的岩石组成部分，对其抗爆打击能力有一个初步的估算，其次利用理论计算的结果，可以获得该区域的抗爆打击能力的一个较为客观的计算值，最后利用仿真模拟，比较直观的反映该区域的抗爆打击能力的说明。

步骤(四)主要根据各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值和模拟值，以及各目标区域的地质背景，对各目标区域的抗爆打击性能进行综合评价，举例来说，首先，根据地质背景可初步得到目标区域的抗爆打击性能强弱(例如目标区域岩石坚硬则抗爆打击能力强，反之则弱)，其次，根据目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值r₂和r₁可进一步得到目标区域的抗爆打击性能强弱(例如r₂和r₁越小则抗爆打击能力强，反之则弱)，再次，根据目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值可再进一步得到目标区域的抗爆打击性能强弱(可通过有限元模拟的结果测量得到弹性区和塑性区爆炸半径，半径越小则抗爆打击能力强，反之则弱)，最后，结合前三次得到的目标区域的抗爆打击性能强弱得到目标区域的抗爆打击性能强弱(前三次得到的目标区域的抗爆打击性能强弱具有一致性，即均强或均弱)，从而实现对目标区域的抗爆打击性能进行综合评价。

应用本发明地表抗爆打击性能评价方法对某工区地表抗爆打击性能进行评价，具体步骤如下：

步骤1：选择某工区地震数据体作为地震记录，如图3所示为随机选取一个单炮记录，单炮记录的时间范围为0-0.25s，共有25道数据。将数据进行初至拾取，可发现其存在较为明显的初至波。

步骤2：表1-表3提供了初至层析成像方法设置的初始参数，按照如表1-表3所示的参数表设置层析成像反演方法的初始参数，进行迭代反演，可以获得如图4所示的地下介质速度结构。

表1初始模型参数

表2深度-速度对应参数

表3反演参数

步骤3：对目标区域采集的岩土样品进行岩石物理实验，如表4所示为获得的目标区域的岩土参数。

表4岩土参数表

步骤4：结合如表5所示的炸药参数、表6所示的Gruneisen状态方程参数、表7所示的炸药装载物材料参数，利用上述公式计算爆炸发生处弹性区、塑性区爆炸半径(空腔区范围比较小，在实际情况下，可以忽略，因此，只需考虑弹性区以及爆炸区域的半径)。

表5炸药性质参数表

表6 Gruneisen状态方程参数表

表7炸药装载物材料参数表

步骤5：利用步骤4得到的数据，进行仿真模拟，获得目标区域在当前条件下的爆炸影响，并获得如图5所示的仿真模拟结果。图5中(a)部分表示有限元模拟结果的正视图，图5中(b)部分表示有限元模拟结果的左视图，图5中(c)部分表示有限元模拟结果的俯视图，图5中(d)部分表示有限元模拟结果的侧视图。

步骤6：最后，结合图6所示目标区域地质背景状况(上覆土层地质分布)以及模拟仿真结果，对目标区域岩土抗爆打击能力进行综合评价，获得如图7所示的目标区域抗爆打击能力的评价结果图。

本发明属于地球物理学、地震资料反演研究以及弹性参数预测、仿真模拟等领域，具体涉及初至层析成像方法反演与仿真模拟以及抗爆打击评价。本发明利用地震数据刻画地表浅层的岩石物理参数以及岩土抗爆打击的能力。利用地震数据刻画地表浅层的岩石物理参数以及岩土抗爆打击的能力是一个新颖的研究方向，并且将拥有较为广阔的未来。

图8为本发明地表抗爆打击性能评价系统实施例的结构图。参见图8，该地表抗爆打击性能评价系统包括：

初至波信息获取模块801，用于获取待评价抗爆打击性能的地表对应的地震记录上的初至波信息。

初至层析成像反演模块802，用于根据初至波信息，利用初至层析成像方法反演得到近地表速度模型。

目标区域划分模块803，用于将待评价抗爆打击性能的地表划分为多个目标区域。

近地表速度模型划分模块804，用于按目标区域将近地表速度模型划分为多个近地表速度子模型，得到各目标区域的近地表速度子模型。

参数获取模块805，用于获取炸药性质参数、炸药装载物的材料参数和各目标区域的岩石物理参数。

其中，炸药性质参数包括密度、爆压、爆速、初始比内能和爆轰产物相对体积。

炸药装载物的材料参数包括密度、剪切模量、杨氏模量、泊松比、屈服应力、硬化系数和硬化指数。

岩石物理参数包括密度、杨氏模量、泊松比、抗压强度、切线模量、纵波速度和横波速度。

理论值计算模块806，用于根据炸药性质参数、炸药装载物的材料参数以及各目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，计算各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值。

有限元模拟模块807，用于根据炸药性质参数、炸药装载物的材料参数以及各目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各目标区域的地质结构模型，得到各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值。

该有限元模拟模块807具体包括：

炸药整体模型构建单元，用于根据炸药性质参数和炸药装载物的材料参数，构建炸药整体模型。

地质结构模型构建单元，用于根据各目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，构建各目标区域的地质结构模型。

有限元模拟单元，用于利用有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各目标区域的地质结构模型，得到各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值。

综合评价模块808，用于根据各目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值和模拟值，以及各目标区域的地质背景，对各目标区域的抗爆打击性能进行综合评价。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种地表抗爆打击性能评价方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待评价抗爆打击性能的地表对应的地震记录上的初至波信息；

根据所述初至波信息，利用初至层析成像方法反演得到近地表速度模型；

将所述待评价抗爆打击性能的地表划分为多个目标区域；

按所述目标区域将所述近地表速度模型划分为多个近地表速度子模型，得到各所述目标区域的近地表速度子模型；

获取炸药性质参数、炸药装载物的材料参数和各所述目标区域的岩石物理参数；

根据所述炸药性质参数、所述炸药装载物的材料参数以及各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，计算各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值；

根据所述炸药性质参数、所述炸药装载物的材料参数以及各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各所述目标区域的地质结构模型，得到各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值；

根据各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值和模拟值，以及各所述目标区域的地质背景，对各所述目标区域的抗爆打击性能进行综合评价。

2.根据权利要求1所述的地表抗爆打击性能评价方法，其特征在于，所述炸药性质参数包括密度、爆压、爆速、初始比内能和爆轰产物相对体积。

3.根据权利要求1所述的地表抗爆打击性能评价方法，其特征在于，所述炸药装载物的材料参数包括密度、剪切模量、杨氏模量、泊松比、屈服应力、硬化系数和硬化指数。

4.根据权利要求1所述的地表抗爆打击性能评价方法，其特征在于，所述岩石物理参数包括密度、杨氏模量、泊松比、抗压强度、切线模量、纵波速度和横波速度。

5.根据权利要求1所述的地表抗爆打击性能评价方法，其特征在于，所述根据所述炸药性质参数、所述炸药装载物的材料参数以及各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各所述目标区域的地质结构模型，得到各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值，具体包括：

根据所述炸药性质参数和所述炸药装载物的材料参数，构建炸药整体模型；

根据各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，构建各所述目标区域的地质结构模型；

利用有限元模拟，模拟所述炸药整体模型碰撞各所述目标区域的地质结构模型，得到各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值。

6.一种地表抗爆打击性能评价系统，其特征在于，所述系统包括：

初至波信息获取模块，用于获取待评价抗爆打击性能的地表对应的地震记录上的初至波信息；

初至层析成像反演模块，用于根据所述初至波信息，利用初至层析成像方法反演得到近地表速度模型；

目标区域划分模块，用于将所述待评价抗爆打击性能的地表划分为多个目标区域；

近地表速度模型划分模块，用于按所述目标区域将所述近地表速度模型划分为多个近地表速度子模型，得到各所述目标区域的近地表速度子模型；

参数获取模块，用于获取炸药性质参数、炸药装载物的材料参数和各所述目标区域的岩石物理参数；

理论值计算模块，用于根据所述炸药性质参数、所述炸药装载物的材料参数以及各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，计算各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值；

有限元模拟模块，用于根据所述炸药性质参数、所述炸药装载物的材料参数以及各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，进行有限元模拟，模拟炸药整体模型碰撞各所述目标区域的地质结构模型，得到各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值；

综合评价模块，用于根据各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的理论值和模拟值，以及各所述目标区域的地质背景，对各所述目标区域的抗爆打击性能进行综合评价。

7.根据权利要求6所述的地表抗爆打击性能评价系统，其特征在于，所述炸药性质参数包括密度、爆压、爆速、初始比内能和爆轰产物相对体积。

8.根据权利要求6所述的地表抗爆打击性能评价系统，其特征在于，所述炸药装载物的材料参数包括密度、剪切模量、杨氏模量、泊松比、屈服应力、硬化系数和硬化指数。

9.根据权利要求6所述的地表抗爆打击性能评价系统，其特征在于，所述岩石物理参数包括密度、杨氏模量、泊松比、抗压强度、切线模量、纵波速度和横波速度。

10.根据权利要求6所述的地表抗爆打击性能评价系统，其特征在于，所述有限元模拟模块具体包括：

炸药整体模型构建单元，用于根据所述炸药性质参数和所述炸药装载物的材料参数，构建炸药整体模型；

地质结构模型构建单元，用于根据各所述目标区域的岩石物理参数和近地表速度子模型，构建各所述目标区域的地质结构模型；

有限元模拟单元，用于利用有限元模拟，模拟所述炸药整体模型碰撞各所述目标区域的地质结构模型，得到各所述目标区域的爆炸发生处弹性区和塑性区爆炸半径的模拟值。

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