[發明專利]基于聲發射信號功率的巖石裂紋擴展獲取方法

在審

• 申請號: 202210506972.2
• 申請日: 2022-05-10
• 公開（公告）號: CN114878698A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 黃麟淇;王佳軍;李夕兵;閆景一;陳祉穎;劉惠林;吳陽春;郭懿德;趙巖;吳子遠
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/44;G01N29/46;G01N3/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘;陶得天

本發明公開了基于聲發射信號功率的巖石裂紋擴展獲取方法，涉及巖石力學及裂紋擴展監測領域。將聲發射信號中的能量和持續時間作為關鍵參數，篩選出整個聲發射力學試驗過程中的有效事件，通過有效事件的演化表征計算巖石在聲發射試驗過程中的裂紋擴展規律，為地下采礦及巖土工程中巖體穩定性監測提供技術支撐。在巖石聲發射力學參數中選出能量和持續時間；每個聲發射事件對應著相應的功率和峰值頻率，從功率?峰值頻率圖中確定聲發射信號的主頻帶和次主頻帶；基于主頻事件和次主頻事件的演化表征計算巖石試樣在聲發射試驗中主裂紋和微裂紋的擴展規律。最終實現對地下巖土工程提供良好技術支撐的目的。

技術領域

本發明涉及巖石力學及裂紋擴展監測領域，尤其涉及一種基于聲發射信號功率的巖石裂紋擴展計算方法，該方法易操作，依賴性低，適用性強。

背景技術

在巖石力學工程研究領域，聲發射技術已經逐漸成熟應用到各類科學試驗和工程現場監測中。聲發射信號可以記錄巖石在聲發射力學試驗中裂紋發育、閉合，結構損傷、破壞等信息。聲發射事件包含有效聲發射事件和大量的無效聲發射事件，這其中，只有有效聲發射事件才能反映巖石在聲發射力學試驗過程中裂紋擴展情況，故需要對有效聲發射事件進行篩選。

與此同時，微震監測技術也是地下巖土工程穩定性維護的重要監測手段。但是，目前由于地質環境復雜，操作技術難道較大，微震監測的適用性一直是迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明針對以上問題，提出了一種基于聲發射信號功率的巖石裂紋擴展獲取方法，將聲發射信號中的能量和持續時間作為關鍵參數，篩選出整個聲發射力學試驗過程中的有效事件，通過有效事件的演化表征計算巖石在聲發射試驗過程中的裂紋擴展規律，為地下采礦及巖土工程中巖體穩定性監測提供技術支撐。

本發明的技術方案為：在巖石聲發射力學參數中選出能量和持續時間，通過二者的比值得到聲發射信號功率；每個聲發射事件對應著相應的功率和峰值頻率，從功率-峰值頻率圖中確定聲發射信號的主頻帶和次主頻帶；結合聲發射事件-峰值頻率-時間圖，利用主頻帶圈定主頻事件，利用次主頻帶圈定次主頻事件；量化分析主頻事件和次主頻事件；基于主頻事件和次主頻事件的演化表征計算巖石試樣在聲發射試驗中主裂紋和微裂紋的擴展規律。

進一步的，量化分析主頻事件和次主頻事件時，需統計主頻事件和次主頻事件，并通過歸一化處理分析其演化規律。

進一步的，將巖石試樣在應力-時間曲線與主頻事件和次主頻事件的時間演化規律結合，獲取巖石試樣在聲發射力學試驗中主裂紋和微裂紋的擴展規律。即將演化規律繪制在應力-時間曲線圖中，從而以時間為樞紐，將應力、裂紋擴展程度、時間三個因素聯系在一起，即可獲取任何應力狀態下的裂紋擴展規律。

具體來說，按以下步驟進行：

步驟1：將聲發射傳感器粘貼在巖石試側壁上，獲取巖石的聲發射力學數據；

步驟2：根據步驟1獲取的聲發射力學數據，建立聲發射參數表；

步驟3：從聲發射力學數據中篩選出能量、持續時間和峰值頻率這三項參數；

步驟4：通過能量和持續時間的比值求出聲發射信號功率，計算聲發射參數表中所有聲發射事件的功率；

步驟5：結合步驟4計算出的功率以及步驟3篩選出的峰值頻率，繪制功率-峰值頻率圖；

步驟6：先在功率-峰值頻率圖中確定最高功率和次高功率，再進一步確定主頻帶和次主頻帶，頻帶寬取值范圍為5000～20000Hz；

步驟7：結合聲發射事件-峰值頻率-時間圖，根據步驟6獲取的主頻帶和次主頻帶所對應的頻率，來圈定主頻事件和次主頻事件；

步驟8：統計主頻事件和次主頻事件，并通過歸一化處理分析其演化規律，即巖石中的主裂紋和次裂紋的演化規律；