一种岩石弹性变形能指数的测定方法、系统、终端及可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种岩石弹性变形能指数的测定方法、系统、终端及可读存储介质，所述方法包括：测定岩石样本的密度、纵波速度以及单轴抗压强度；将岩石样本的密度、纵波速度以及单轴抗压强度作为输入数据输入机器学习模型得到单轴抗压强度预测模型；利用单轴抗压强度预测模型测定待测岩石的单轴抗压强度；基于待测岩石的单轴抗压强度进行单轴加卸载试验获得待测岩石的弹性变形能指数。本发明专利技术将密度、纵波速度作为输入特征进行模型训练得到单轴抗压强度预测模型，从而可以准确预测岩石的单轴抗压强度，并基于精确的单轴抗压强度，可以准确预测后续待测岩石的卸载点位置，解决了现有岩石弹性变形能指数测试中无法准确判断卸载点的问题。点的问题。点的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种岩石弹性变形能指数的测定方法、系统、终端及可读存储介质


[0001]本专利技术属于矿业工程和岩土工程领域，具体涉及一种岩石弹性变形能指数的测定方法、系统、终端及可读存储介质。

技术介绍

[0002]国内外学者与工程界常用冲击倾向的概念来描述矿岩物质的岩爆倾向性，并采用波兰学者A.Q.Kidybinshi提出的岩石弹性变形能指数W
et
加以度量。如图1所示，该岩石弹性变形能指数W
et
的测定方法是对岩石试件进行单轴压缩试验，将试件加载至应力达到单轴抗压强度的80％～90％，然后卸载至零得到应力
‑
应变曲线，再通过应力
‑
应变曲线不同部分的面积计算得到弹性变形能E
e
和耗损应变能E
p
，二者的比值即为岩石试件的弹性变形能指数。
[0003]从原理来看，该指数是用岩样中储存的弹性变形能与由于永久变形和碎裂造成的耗损应变能之间的比值来确定的，所以根据图1所示的计算曲线，可以得到W
et
的具体计算公式：
[0004][0005]通过该指数的数值大小，学者们通过大量案例研究和工程实际考察将该指数与岩爆强烈程度对应起来，得到如表1所示的岩爆倾向性判据表，从表1中可以看出W
et
指数越大，岩爆表现的程度就越强烈。
[0006]表1弹性变形能指数的岩爆倾向性判据表
[0007]无岩爆弱岩爆中等岩爆强烈岩爆<2.02.0
‑
3.53.5
‑
5.0≥5.0
[0008]测试岩石弹性变形能指数的关键步骤是预先判断岩石的单轴抗压强度，然后才可以准确地将试件加载到单轴抗压强度的0.8～0.9倍。但是岩石力学指标的离散度大，无法可靠地准确预计每块试件的强度并控制加载达到试件强度的80％～90％时卸载，从而限制了W
et
指数的准确性。如果在选择的卸载点低于试件强度的80％，则会导致曲线过早下落，处于岩石弹性变形阶段，使得E
e
偏大，E
p
偏小，从而造成了弹性变形能指数偏大。而当卸载点高于试件强度的0.9倍时，试件容易出现破坏，从而使得试件加载进程结束，得不到图1中的完整卸载曲线，也就得不到W
et
指数。因此，寻求加载过程中能即时预报载荷达到极限承载能力的80％～90％的控制手段，在测试岩石弹性变形能指数中具有非常实际的应用价值。
[0009]目前，对于岩石试件单轴抗压强度的预判主要采用了平均值替代的方法。该方法首先对一批岩石试件进行试验得到单轴压缩强度，然后根据该批试件的强度平均值作为后续测试试件的强度，以此强度值为基准进行加载和卸载得到应力
‑
应变曲线。对于不同的岩石试件来说，平均值法具有很大的偶然性和误差性，因为对于不同的岩石试件而言，其强度
值具有极大的离散性，仅靠平均值无法确切代表不同岩石试件的强度值。
[0010]此外，公布号为CN 109238846 A的专利中提出了一种通过波速法测定岩石岩爆弹性变形能指标的方法，它通过“应力—时间”和“波速—时间”，间接建立“应力—波速”的关系曲线，通过分析即找出当应力达到试件强度的80％～90％时所对应的岩石波速值。如图2所示，该专利技术的核心依据是将波速值下降点和岩石强度的80％联系起来，通过观察试样垂直于应力方向的波速值是否发生明显下降，从而可以判断荷载是否达到岩石强度80％。
[0011]但也有学者通过试验研究发现，岩石弹性波与单轴抗压强度之间的波速值下降点并不全是该专利所述的80％。在波速
‑
应变曲线中存在一个明显的下降行为点，此时波速突然下降而对应的应力与峰值压力之比λ也达到某一数值。在文献1《致密碳酸盐岩石力学与声学实验研究》中对灰岩进行单轴压缩试验，发现加载初期横波速度增加，其后在λ＝75％时波速加速下降；文献2《不同条件下花岗岩中声波传播速度的规律》进行了花岗岩试验测试，发现在λ＝76.4％时岩石波速加速下降；文献3《岩石加载过程声波波速变化规律实验研究》得到片麻岩的λ＝72.8％；文献4《岩石脆性临界破坏的波速特征分析》基于有关研究统计和分析，最终得出结论：对大部分岩石来说λ的平均值为74.8％。
[0012]以上相关的研究结果表明，以λ＝80％作为判断依据是非常不准确的，该测定方法会使得测试出的W
et
指数偏大，存在显而易见的系统误差，不能获得准确的W
et
指数。同时该专利技术的测试过程是动态的，即需要在进行单轴压缩试验的同时在试件上安装发射换能器和接收换能器并接收波速信号，该过程中压力机和岩石声波参数测定仪是相互并行操作的，而岩石试件的高度一般较小，非常容易使得岩石波速测量出现紊乱和数据波动。
[0013]因此，现有技术手段还无法准确测定弹性变形能指数，其中，为了实现准确测定，加载过程中能即时预报载荷达到单轴抗压强度的80％～90％是至关重要的，因此，准确测定每块岩石的单轴抗压强度也是关键性的技术。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的是针对现有技术中还无法准确测定岩石弹性变形能指数的问题，提供一种岩石弹性变形能指数的测定方法、系统、终端及可读存储介质。所述方法利用机器学习的优势，将密度、纵波速度作为输入特征进行模型训练得到单轴抗压强度预测模型，从而可以准确预测岩石的单轴抗压强度，进而基于精确的单轴抗压强度，可以准确预测后续待测岩石的卸载点位置，解决了现有技术在岩石弹性变形能指数测试中无法准确判断卸载点的问题，最终可以测试出更加精确的岩石弹性变形能指数。
[0015]一方面，本专利技术提供一种岩石弹性变形能指数的测定方法，其包括以下步骤：
[0016]步骤1：获取岩石样本，并测定岩石样本的密度、纵波速度以及单轴抗压强度；
[0017]步骤2：将岩石样本的密度、纵波速度以及单轴抗压强度作为输入数据输入机器学习模型得到单轴抗压强度预测模型；
[0018]其中，所述单轴抗压强度预测模型的输入特征为岩石的密度、纵波速度；输出数据为岩石的单轴抗压强度；
[0019]步骤3：利用所述单轴抗压强度预测模型测定待测岩石的单轴抗压强度；
[0020]步骤4：基于待测岩石的单轴抗压强度进行单轴加卸载试验，获得待测岩石的弹性变形能指数。
[0021]可选地，所述机器学习模型为GA
‑
SVM解译模型，基于所述GA
‑
SVM解译模型的单轴抗压强度预测模型的构建过程如下：
[0022]2‑
1：参数初始化GA算法参数；
[0023]2‑
2：初始化粒子种群，其中，将持向量机SVM模型中惩罚因子C和敏感参数g取值作为优化目标，每一组惩罚因子C和敏感参数g表征一个粒子位置，并在惩罚因子C和敏感参数g的取值范围取值得到初始化粒子种群；
[0024]2‑
3：基于支持向量机SVM模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩石弹性变形能指数的测定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：获取岩石样本，并测定岩石样本的密度、纵波速度以及单轴抗压强度；步骤2：将岩石样本的密度、纵波速度以及单轴抗压强度作为输入数据输入机器学习模型得到单轴抗压强度预测模型；其中，所述单轴抗压强度预测模型的输入特征为岩石的密度、纵波速度；输出数据为岩石的单轴抗压强度；步骤3：利用所述单轴抗压强度预测模型测定待测岩石的单轴抗压强度；步骤4：基于待测岩石的单轴抗压强度进行单轴加卸载试验，获得待测岩石的弹性变形能指数。2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：所述机器学习模型为GA
‑
SVM解译模型，基于所述GA
‑
SVM解译模型的单轴抗压强度预测模型的构建过程如下：2
‑
1：参数初始化GA算法参数；2
‑
2：初始化粒子种群，其中，将持向量机SVM模型中惩罚因子C和敏感参数g取值作为优化目标，每一组惩罚因子C和敏感参数g表征一个粒子位置，并在惩罚因子C和敏感参数g的取值范围取值得到初始化粒子种群；2
‑
3：基于支持向量机SVM模型以及粒子取值，并利用岩石样本进行SVM模型训练，并基于训练后的模型计算每个粒子对应的适应度；2
‑
4：根据粒子的适应度剔除不满足要求的个体，并将种群内的个体进行交叉、变异、选择，再返回步骤2
‑
3，循环迭代更新，否则，直至满足迭代终止条件，退出当前迭代更新，执行步骤2
‑
5；2
‑
5：基于当前每个粒子的适应度选择最佳粒子，所述最佳粒子对应的惩罚因子C和敏感参数g为最优惩罚因子C和敏感参数g；2
‑
6：基于所述最优惩罚因子C、敏感参数g以及支持向量机SVM模型，并利用岩石样本进行SVM模型训练得到单轴抗压强度预测模型。3.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：所述支持向量机SVM模型中隐藏层的模型函数为：对应得到模型解为：式中，f(x)为单轴抗压强度预测模型的解，对应单轴抗压强度的预测值；K(x
i
,x
j
)为RBF高斯核函数，x
i
为第i个岩石样本，α
i
为第i个样本引入松弛变量ξ
i
时对应的Lagrange乘子，α
i*
第i个样本引入松弛变量时对应的Lagrange乘子，C为惩罚因子，ξ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢学斌，李少乾，董世华，郑攻关，苏卫宏，过江，周贵斌，余茂杰，汪令辉，孟稳权，
申请(专利权)人：铜陵有色金属集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：