一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法，包括以下步骤：标准岩石试件的制备，岩石蠕变破坏声发射震源定位试验，声发射震源沿加载方向坐标值Z

【技术实现步骤摘要】
一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法
本专利技术属于岩石蠕变预测
，涉及一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法。
技术介绍
岩石蠕变表征的是在某一恒定的荷载作用下岩石变形随时间增大的现象。工程实践表明：金属矿山地下开采过程中岩体的破坏与岩石蠕变性质密切相关，岩石蠕变性质是诱发金属矿山采场冒顶、采空区垮塌等典型灾害的主要因素之一。因此，对岩石蠕变破坏进行预测是最大程度降低财产损失，保障生产安全的有力保障，具有重要的工程价值。岩石蠕变破坏其实质为微裂纹持续演化的结果。工程与理论研究表明：岩石蠕变破坏过程中，微裂纹总体经历了原生微裂纹压密与新生微裂纹萌生、成核与扩展、贯通四个阶段。相对而言，新生微裂纹萌生、成核与扩展历时较长。当新生微裂纹数量达到一定规模后，不同尺度的微裂纹将步入贯通阶段，并且岩石将在相对较短的时间发生蠕变破坏。因此，对岩石蠕变破坏过程中微裂贯通起始时间精确辨识，对提高岩石蠕变破坏预测方法的时效性具有重要的意义。目前，对岩石蠕变破坏过程中微裂纹贯通起始时间进行辨识主要采用声发射震源定位的方法。该类方法通过对岩石布设最少4个声发射传感器。首先，根据每个声发射传感器接收到信号的P波到时ti，计算得到震源产生的时间Ti及其对应的空间坐标Pi(xi,yi,zi)。而后，通过绘制不同时刻或一定时间范围内的震源空间分布图。由于声发射震源与微裂纹在机制上相近。因此，可通过声发射震源空间分布图实现微裂纹成核阶段的辨识。该方法对微裂纹的辨识处于定性分析阶段，其原因在于声发射震源空间分布图视角的不同，不同分析人员所得到结果可能不尽相同，不同视角条件下ti～ti+n内声发射震源空间分布图存在明显的差异，从而导致微裂纹步入成核阶段起始时间t的确定存在差异。同时，即使通过提取每个震源的空间坐标来判断，也会因每个声发射震源产生时间的不确定性与空间位置具有“随机性”，在面对海量的震源，单凭人工对微裂纹贯通起始时间进行辨识难度极大。为此，本专利技术提出一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法。该方法提高了岩石蠕变破坏预测的时效性，可作为预测岩石蠕变破坏有效手段。为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案。一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法，包括以下步骤：通过声发射仪获取每个声发射震源空间坐标，获取声发射震源沿加载方向的坐标值Zi，计算获取震源垂直加载方向的坐标值Ri；以固定时间窗口U所对应的坐标值Zi与坐标值Ri分别计算单个声发射震源分形维数Di，并以时间窗口终点对应的时刻ti作为分形维数Di的标度，以固定的滑动步距I计算整个蠕变破坏过程中的坐标值Zi与坐标值Ri的分形维数；以ti为X坐标，坐标值Zi的分形维数Di为Y坐标，绘制ti-Di曲线，并将其叠加在蠕变曲线上，将坐标值Zi分形维数持续增大对应的起始时间记为tZ；以ti为X坐标，坐标值Ri的分形维数Di为Y坐标，绘制ti-Di曲线，并将其叠加在蠕变曲线上，坐标值Ri分形维数持续增大对应的起始时间记为tR；将tZ,tR中的最大值作为蠕变破坏过程中微裂纹贯通阶段的起始时间tg。优选地，还包括对标准岩石试件进行蠕变声发射震源定位试验，所述蠕变声发射震源定位试验包括以下步骤：制备圆柱体标准岩石试件；对标准岩石试件进行相对坐标编制，在标准岩石试件表面对称布置等距的8个声发射传感器，获取每个声发射传感器的坐标，测试岩石纵波波速；根据岩石损伤应力σcd，确定蠕变应力；确定声发射采集参数，根据蠕变应力，进行蠕变声发射震源定位试验。优选地，所述标准岩石试件为钻孔岩芯；所述岩芯通过取芯机钻取，并对钻取后的岩芯进行切割，获得圆柱体岩芯；通过磨石机对所述圆柱体岩芯的端面进行打磨，获得标准岩石试件。优选地，所述标准岩石试件的相对坐标编制包括以下步骤：所述标准岩石试件底面中心为坐标原点，以试件下端面为X-Y平面，以试件轴向为Z轴，建立空间坐标系；以X轴为起点，并标记为0°刻度线，逆时针沿试件表面每隔30°作Z轴平行线；以X-Y平面为起点，沿Z轴方向每隔10mm作圆周线。优选地，8个所述声发射传感器的布置方法具体包括以下步骤：所述标准岩石试件表面沿轴线方向作直线L1，在所述L1方向量取距上、下端面10mm的点，作为两个所述声发射传感器布置位置的中心点；根据所述L1作对称线L2，根据所述L1上的两个中心点在所述L2作对称点，作为两个所述声发射传感器布置位置的中心点；分别沿试件表面作直线L3和L4，所述L3和L4构成的平面垂直于与所述L1和L2构成的平面，并在所述L3和L4上作与所述L1和L2上的两个中心点的对称点，作为四个所述声发射传感器布置位置的中心点；以所述标准岩石试件底面中心作为坐标原点，获取并记录8个所述声发射传感器布置位置的中心点的坐标。优选地，所述蠕变声发射震源定位试验中加载方式采用应力控制，蠕变应力大小取βσcd；其中，β为系数，1.2～1.5之间；σcd为岩石损伤强度，其数值大小根据裂纹应变模型计算法进行求解获得。优选地，通过声发射仪获取每个声发射震源空间坐标Pi(xi,yi,zi)，取Zi值为震源沿加载方向坐标值Zi。优选地，所述震源垂直加载方向坐标值Ri的获取方法包括以下步骤：将声发射震源空间坐标Pi(xi,yi,zi)向X-Y平面投影得点si(xi,zi)；按式(1)计算点si(xi,zi)到坐标原点的距离li：式中：xi与yi分别为震源Pi(xi,yi,zi)在X-Y平面投影值；取点si(xi,zi)到坐标原点的距离li为震源垂直加载方向坐标值Ri。优选地，所述声发射震源坐标值Zi与坐标值Ri的分形维数具体计算步骤如下：根据岩石蠕变破坏总历时h与声发射震总数E，以小时为单位，选取固定的时间窗口U与固定滑动步距I，其中I＜U＜h，并保证每个时间窗口U内对应的声发射震源坐标值Zi或坐标值Ri不小于50，即每个时间窗口U对应的坐标值Zi或坐标值Ri样本容量n不小于50；以第一个时间窗口U1对应的坐标值Zi或坐标值Ri为样本n1，构造一个样本m维的向量：Xi＝[xi,xi+1…xi+m-1](i＝1,2,3,…n-m+1)(2)按式(3)、式(4)得到向量对应的关联函数W[r(k)]：式中：r(k)为给定的尺度；k为比例常数，取10～20；H为Heaviside函数；在给定的尺度下，绘制{lnr(k),lnW[r(k)]}散点图；对{lnr(k),lnW[r(k)]}散点进行线性拟合，得到拟合直线的斜率K1；取K1为第一个时间窗口U1对应的坐标值Zi或坐标值Ri分形维数D1，取第一个时间窗口U1终点对应的时间t1作为D1的标度；将第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：/n通过声发射仪获取每个声发射震源空间坐标，获取声发射震源沿加载方向的坐标值Z

【技术特征摘要】
1.一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过声发射仪获取每个声发射震源空间坐标，获取声发射震源沿加载方向的坐标值Zi，计算获取震源垂直加载方向的坐标值Ri；
以固定时间窗口U所对应的坐标值Zi与坐标值Ri分别计算单个声发射震源分形维数Di，并以时间窗口终点对应的时刻ti作为分形维数Di的标度，以固定的滑动步距I计算整个蠕变破坏过程中的坐标值Zi与坐标值Ri的分形维数；
以ti为X坐标，坐标值Zi的分形维数Di为Y坐标，绘制ti-Di曲线，并将其叠加在蠕变曲线上，将坐标值Zi分形维数持续增大对应的起始时间记为tZ；
以ti为X坐标，坐标值Ri的分形维数Di为Y坐标，绘制ti-Di曲线，并将其叠加在蠕变曲线上，坐标值Ri分形维数持续增大对应的起始时间记为tR；
将tZ,tR中的最大值作为蠕变破坏过程中微裂纹贯通阶段的起始时间tg。


2.根据权利要求1所述的岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法，其特征在于，还包括对标准岩石试件进行蠕变声发射震源定位试验，所述蠕变声发射震源定位试验包括以下步骤：
制备圆柱体标准岩石试件；
对标准岩石试件进行相对坐标编制，在标准岩石试件表面对称布置等距的8个声发射传感器，获取每个声发射传感器的坐标，测试岩石纵波波速；
根据岩石损伤应力σcd，确定蠕变应力；确定声发射采集参数，根据蠕变应力，进行蠕变声发射震源定位试验。


3.根据权利要求2所述的岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法，其特征在于，所述标准岩石试件为钻孔岩芯；所述岩芯通过取芯机钻取，并对钻取后的岩芯进行切割，获得圆柱体岩芯；通过磨石机对所述圆柱体岩芯的端面进行打磨，获得标准岩石试件。


4.根据权利要求3所述的岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法，其特征在于，所述标准岩石试件的相对坐标编制包括以下步骤：
所述标准岩石试件底面中心为坐标原点，以试件下端面为X-Y平面，以试件轴向为Z轴，建立空间坐标系；
以X轴为起点，并标记为0°刻度线，逆时针沿试件表面每隔30°作Z轴平行线；
以X-Y平面为起点，沿Z轴方向每隔10mm作圆周线。


5.根据权利要求2所述的岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法，其特征在于，8个所述声发射传感器的布置方法具体包括以下步骤：
所述标准岩石试件表面沿轴线方向作直线L1，在所述L1方向量取距上、下端面10mm的点，作为两个所述声发射传感器布置位置的中心点；
根据所述L1作对称线L2，根据所述L1上的两个中心点在所述L2作对称点，作为两个所述声发射传感器布置位置的中心点；
分别沿试件表面作直线L3和L4，所述L3和L4构成的平面垂直于与所述L1和L2构成的平面，并在所述L3和L4上作与所述L1和L2上的两个中心点的对称点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚囱，王文杰，赵奎，包涵，曾鹏，王晓军，钟文，黄震，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36