[發(fā)明專利]硬巖多尺度破裂的多頻段聲信號監(jiān)測方法、裝置、設備以及存儲介質(zhì)

在審

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• 申請日: 2021-12-24
• 公開（公告）號: CN114324610A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 蘇國韶;許華杰;李培峰;陳炳瑞;藍蘭;藍日彥;李建合;劉宗輝;胡小川
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01V1/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種硬巖多尺度破裂的多頻段聲信號監(jiān)測方法、裝置、設備以及存儲介質(zhì)，以解決基于單頻段聲信號監(jiān)測無法實現(xiàn)硬巖失穩(wěn)破壞過程中多尺度裂紋信息監(jiān)測的不足，有利于提高硬巖破裂失穩(wěn)預警的準確性。方法包括：首先，實時采集硬巖破裂過程的聲發(fā)射、聲音、微震三種頻段聲信號，并對三種聲信號降噪；其次，根據(jù)硬巖破裂過程的聲發(fā)射、聲音、微震三種不同頻段聲信號的活躍度，判別硬巖破裂尺度所處當前階段；然后，根據(jù)當前硬巖破裂尺度階段聲信號b值分析決策，分析b值隨時間變化趨勢，獲得硬巖破裂尺度演化的定量化評估結(jié)果；最后，根據(jù)硬巖失穩(wěn)預警標準，即硬巖破裂尺度當前階段與b值時間演化趨勢，對所監(jiān)測的硬巖進行失穩(wěn)預警。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地質(zhì)災害防治工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用多頻段聲信號監(jiān)測硬巖多尺度破裂全過程的方法、裝置、設備以及存儲介質(zhì)，適用于地表與地下硬巖災變孕育全過程實時預警。

背景技術(shù)

巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)、危巖體崩塌、巖溶地面塌陷、隧道塌方與巖爆等硬巖（標準巖樣單軸抗壓強度大于等于30MPa的巖石）地質(zhì)災害直接或間接危害人類安全，并給社會和經(jīng)濟建設造成損失。硬巖地質(zhì)災害的有效監(jiān)測是防范地質(zhì)災害的重要技術(shù)手段。硬巖地質(zhì)災害的孕育過程其本質(zhì)是硬巖的破裂過程，即硬巖的微裂紋萌生、裂紋發(fā)育與擴展、裂紋貫通直至失穩(wěn)的貫序進程。因此，對硬巖破裂過程監(jiān)測是硬巖地質(zhì)災害有效監(jiān)測的重要途徑。硬脆性硬巖破裂過程中內(nèi)部積聚的應變能以彈性波、振動波、應力波等形式向外釋放多種聲信號物理信號。借助聲信號儀器設備監(jiān)聽這些聲信號物理信號，從而實現(xiàn)硬巖破裂過程的有效監(jiān)測。

根據(jù)頻段高低的不同，一般將巖體聲信號分為聲發(fā)射（10⁴Hz~10⁶kHz，高頻，適用于表征微米至厘米尺度的硬巖破裂）、聲音（20Hz~20kHz，中頻，適用于表征厘米至米級尺度的硬巖破裂）和微震（1Hz~100Hz，低頻，適用于米級尺度的硬巖破裂）等三個頻段聲信號。目前，國內(nèi)外工程實踐中，聲信號監(jiān)測一般采用單一頻段信號監(jiān)測的技術(shù)方案，不能對硬巖地質(zhì)災害孕育過程硬巖小尺度破裂發(fā)展至中尺度乃至發(fā)展為大尺度破裂的全過程進行有效監(jiān)測。

本發(fā)明將三種不同頻段的聲信號引入硬巖破裂監(jiān)測中，提出一種硬巖多尺度破裂的多頻段聲信號監(jiān)測方法、裝置、設備以及存儲介質(zhì)，實現(xiàn)硬巖的微裂紋萌生、裂紋發(fā)育與擴展、裂紋貫通直至失穩(wěn)的全過程精細監(jiān)測，并實時評估硬巖的破裂階段及狀態(tài)，對硬巖地質(zhì)災害的防災減災具有重要應用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于，針對現(xiàn)有硬巖破裂過程聲信號監(jiān)測頻段缺失、破裂尺度信息不足等問題，提出一種可監(jiān)測硬巖多尺度破裂全過程的多頻段聲信號監(jiān)測方法、裝置、設備以及存儲介質(zhì)，以有效獲取硬巖微米級至米級以上多尺度破裂的聲信號，從而實現(xiàn)硬巖地質(zhì)災害的有效預警。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供一種硬巖多尺度破裂的多頻段聲信號監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟S1：實時采集硬巖破裂過程的聲發(fā)射、聲音、微震三種頻段聲信號，并對三種聲信號降噪；

步驟S2：根據(jù)硬巖破裂過程的聲發(fā)射、聲音、微震三種不同頻段聲信號的活躍度，判別硬巖破裂尺度所處當前階段；

步驟S3：根據(jù)硬巖破裂尺度當前階段聲信號b值分析決策，每間隔一定時間計算聲信號的b值，分析b值隨時間變化趨勢，獲得硬巖破裂尺度演化的定量化評估結(jié)果；

步驟S4：根據(jù)硬巖失穩(wěn)預警標準，即硬巖破裂尺度當前階段與b值時間演化趨勢，對所監(jiān)測的硬巖進行失穩(wěn)破壞預警。

對于步驟2，具體說明如下：

優(yōu)選的，所述三種聲信號的活躍度分析方法采用波形分析，根據(jù)各聲信號對于硬巖破裂尺度敏感的差異性，各聲信號波形分析手段分別為：聲發(fā)射信號—撞擊數(shù)，聲音信號——波形幅值，微震信號—波形幅值；