[發明專利]一種基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法及系統

在審

• 申請號: 202111206685.1
• 申請日: 2021-10-18
• 公開（公告）號: CN113640389A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 翟夢陽;薛雷;步豐暢;黃曉林;張珂;許超
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/44;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 陳建民

本發明涉及一種基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法及系統，該方法包括：根據宏觀力學參數構建待測試巖石試樣的數值模型；通過PFC軟件加載數值模型，模擬待測試巖石試樣的破壞過程，在PFC軟件加載數值模型的過程中識別各微裂紋的破裂時間和位置；在PFC軟件加載數值模型的過程中，若依次產生的兩個微裂紋的巖石晶粒中有共同的巖石晶粒，且兩個微裂紋產生的時間間隔小于當前聲發射事件的持續時間，則兩個微裂紋為同一聲發射事件；將聲發射事件的空間范圍內的所有微裂紋位置的幾何中心作為對應聲發射事件的震源位置；根據矩張量分析的方法確定各聲發射事件的聲發射參數。本發明能夠確定各聲發射事件的震源位置和聲發射參數。

技術領域

本發明涉及聲發射監測技術領域，特別是涉及一種基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法及系統。

背景技術

巖石是一種典型的非均勻材料，其變形破壞是漸進發生的，理解巖石的漸進破壞過程對于很多工程具有重要意義。然而，巖石材料的累進損傷是由于微裂紋的起裂、擴展以及貫通而產生的，難以被直接觀測和量化，為此，學者和工程師需要借助其他手段進行研究。其中，聲發射監測作為一種無損監測技術在巖石力學和工程領域得到了廣泛的應用。聲發射是巖石在破裂過程中由于應變能釋放所產生的一種彈性波，通過對這些彈性波的進一步分析可以獲取各種聲發射參數，包括聲發射計數，聲發射能量，b值等，這些參數可以用于量化巖石損傷程度，捕捉巖石失穩前兆等。

鑒于室內巖石聲發射實驗存在的缺陷，采用數值模擬方法重現巖石聲發射現象成為巖石漸進破裂過程研究的有力手段。在各種數值模擬方法中，顆粒流離散單元程序PFC（Particle Flow Code）可以通過粘結顆粒模型BPM（Bonded-particle model）重現巖石漸進破裂過程中的微裂紋起裂、擴展及貫通的全過程，可以直接模擬巖石材料的大變形，成為巖石力學領域主流的軟件之一。BPM采用非均勻尺寸的剛性圓形顆粒模擬巖石晶粒，采用粘結接觸模擬巖石晶粒之間的膠結行為，這些粘結接觸被賦予一定的剛度和強度，顆粒的運動滿足牛頓第二定律，每個粘結接觸所受的力和力矩隨顆粒的運動而更新，當接觸力超過接觸強度時，會產生微裂紋，隨著加載進行，微裂紋不斷起裂和叢集，最終模型發生破壞。

在天然地震和微震監測中，在記錄震源釋放出的動力波時，常采用矩張量理論反演獲取震源信息，在PFC模擬中，通過記錄粘結破壞時周圍接觸力的變化可以獲取矩張量，進而獲取聲發射的震級和能量。目前，采用矩張量分析方法無法確定單個聲發射事件的震源位置和所含微裂紋數量。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法及系統，能夠確定各聲發射事件的震源位置和聲發射參數。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法，包括：

獲取待測試巖石試樣的宏觀力學參數；

根據所述宏觀力學參數構建所述待測試巖石試樣的數值模型；所述數值模型包括多個巖石晶粒，各巖石晶粒之間通過膠結物粘結；

通過PFC軟件加載所述數值模型，模擬待測試巖石試樣的破壞過程，在所述PFC軟件加載所述數值模型的過程中識別各微裂紋的破裂時間和位置；在所述PFC軟件加載所述數值模型的過程中各巖石晶粒之間每個粘結點的斷裂均表示一個微裂紋；

在所述PFC軟件加載所述數值模型的過程中，若依次產生的兩個微裂紋的巖石晶粒中有共同的巖石晶粒，且兩個微裂紋產生的時間間隔小于當前聲發射事件的持續時間，則所述兩個微裂紋為同一聲發射事件；當前聲發射事件的初始持續時間為當前聲發射事件的第一個微裂紋產生的持續時間，微裂紋產生的持續時間為裂紋在產生微裂紋的兩個巖石晶粒中的較大直徑中的傳播時間，裂紋的傳播速度為待測試巖石試樣剪切波速的一半；

將一個聲發射事件對應的所有微裂紋覆蓋的空間范圍作為對應聲發射事件的空間范圍，將聲發射事件的空間范圍內的所有微裂紋位置的幾何中心作為對應聲發射事件的震源位置；

根據矩張量分析的方法確定各聲發射事件的聲發射參數。