基于微震信号特征预测混凝土坝体裂缝产生与扩张的方法技术

本发明专利技术公开了基于微震信号特征预测混凝土坝体裂缝产生与扩张的方法，包括如下步骤：对待测试混凝土梁采用分级维持荷载法加载分级荷载，并采集荷载加载过程中的混凝土梁抗弯破坏微震信号；将微震信号经S变换后得到S矩阵，对S矩阵每个元素求模，得到S模矩阵，根据S模矩阵得到微震信号时频谱特征；根据微震信号时频谱特征，获取混凝土梁在加载过程中的变形阶段的时频谱特征；采集混凝土坝体的微震信号，将混凝土坝体的微震信号时频谱特征与获得的时频谱特征进行比对，预测混凝土坝体变形阶段。通过本发明专利技术可以实现预测和识别出混凝土坝体裂缝产生与扩张。体裂缝产生与扩张。体裂缝产生与扩张。

【技术实现步骤摘要】
基于微震信号特征预测混凝土坝体裂缝产生与扩张的方法


[0001]本专利技术涉及数据处理领域，具体是基于微震信号特征预测混凝土坝体裂缝产生与扩张的方法。

技术介绍

[0002]微震监测技术在石油压裂、矿山安全监测、大坝边坡监测、隧道超前预报等领域已有较多成功应用案例。大坝混凝土属脆性材料，其内部发生微破裂时，外观位移一般都较小，随着混凝土微震增多，其释放的能量也逐渐增大，在大的裂缝带形成前，一般都会在潜在裂隙周围形成大量的微破裂，通过微震监测这些微破裂信号就可以反演混凝土微破裂发生时刻、位置和性质。目前，国内外还没有把微震监测技术应用于巨型混凝土坝体裂缝监测的先例，坝体裂缝微震监测难点在于如何根据接收到的混凝土微震事件合理定义混凝土裂缝前兆、形成的识别原则。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供基于微震信号特征预测混凝土坝体裂缝产生与扩张的方法，包括如下步骤：步骤一，对待测试混凝土梁采用分级维持荷载法加载分级荷载，并采集荷载加载过程中的混凝土梁抗弯破坏微震信号；步骤二，将微震信号经S变换后得到S矩阵，对S矩阵每个元素求模，得到S模矩阵，根据S模矩阵得到微震信号时频谱特征；步骤三，根据混凝土梁破坏过程应变曲线，将混凝土梁在加载过程中的变形阶段分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、破坏变形阶段，并分别获取微震信号弹性变形阶段时频谱特征、塑性变形阶段的时频谱特征、破坏变形阶段的时频谱特征；步骤四，采集混凝土坝体的微震信号，将混凝土坝体的微震信号经S变换后得到S矩阵，对S矩阵每个元素求模，得到S模矩阵，根据S模矩阵得到混凝土坝体的微震信号时频谱特征，将混凝土坝体的微震信号时频谱特征与混凝土梁破坏过程获得的弹性变形阶段的时频谱特征、塑性变形阶段的时频谱特征、破坏变形阶段的时频谱特征进行比对，预测得到混凝土坝体的变形阶段。
[0004]进一步的，所述的对待测试混凝土梁采用分级维持荷载法加载分级荷载，包括如下过程：首先获取待测试混凝土梁的最大载荷，将待测试混凝土梁一侧水平放置在对称设置的左右支座上，在另一侧待测试混凝土梁几何中心位置处，施加载荷，根据待测试混凝土梁两支座间距，梁最大弯矩值，待测试混凝土梁宽，待测试混凝土梁高为，抗弯截面系数为，待测试混凝土梁受跨中总荷载作用下弯矩最大值，由公式：
矩形截面抗弯截面系数，代入上式得：换算得到：其中的为混凝土轴心抗拉强度标准值；P为最大载荷；采用分级维持荷载法加载分级荷载至最大载荷，再从最大载荷加载荷载，直至将待测试混凝土梁断裂，采集分级加载载荷的过程中的微震信号。
[0005]进一步的，所述的将微震信号经S变换后得到S矩阵，对S矩阵每个元素求模，得到S模矩阵，根据S模矩阵得到微震信号时频谱特征，包括如下过程：S变换定义为：S逆变换定义为：式中：h(t)表示微震信号，和f分别表示时间和频率，为微震信号经S变换后的S矩阵，t为微震信号时间，i为虚数；将混凝土微震信号经S变换后得S矩阵，对S矩阵每个元素求模，得S模矩阵，S模矩阵表示幅值随时间与频率的变化情况，由S模矩阵确定混凝土微震信号时频谱分布特征。
[0006]进一步的，所述的根据混凝土梁破坏过程应变曲线，将混凝土梁在加载过程中的变形阶段分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、破坏变形阶段，为根据混凝土梁破坏过程应变曲线的斜率划分弹性变形阶段、塑性变形阶段、破坏变形阶段。
[0007]本专利技术的有益效果是：本专利技术以混凝土梁三点弯曲破坏试验微震监测数据为研究对象，通过微震信号时频谱特征研究混凝土梁断裂机理，建立混凝土梁断裂前兆及断裂瞬间识别方法，根据识别方法，预测和识别出混凝土坝体裂缝产生与扩张。
附图说明
[0008]图1为基于微震信号特征预测混凝土坝体裂缝产生与扩张的方法的流程示意图；图2为混凝土梁破坏试验示意图；图3为混凝土梁破坏过程微震事件数量特征图；图4为混凝土梁破坏过程微震信号时频谱特征图。
具体实施方式
[0009]下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。
[0010]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0011]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0012]而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0013]以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。
[0014]如图1所示，基于微震信号特征预测混凝土坝体裂缝产生与扩张的方法，包括如下步骤：步骤一，对待测试混凝土梁采用分级维持荷载法加载分级荷载，并采集荷载加载过程中的混凝土梁抗弯破坏微震信号；步骤二，将微震信号经S变换后得到S矩阵，对S矩阵每个元素求模，得到S模矩阵，根据S模矩阵得到微震信号时频谱特征；步骤三，根据混凝土梁破坏过程应变曲线，将混凝土梁在加载过程中的变形阶段分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、破坏变形阶段，并分别获取微震信号弹性变形阶段时频谱特征、塑性变形阶段的时频谱特征、破坏变形阶段的时频谱特征；步骤四，采集混凝土坝体的微震信号，将混凝土坝体的微震信号经S变换后得到S矩阵，对S矩阵每个元素求模，得到S模矩阵，根据S模矩阵得到混凝土坝体的微震信号时频谱特征，将混凝土坝体的微震信号时频谱特征与混凝土梁破坏过程获得的弹性变形阶段的时频谱特征、塑性变形阶段的时频谱特征、破坏变形阶段的时频谱特征进行比对，预测得到混凝土坝体的变形阶段。
[0015]所述的对待测试混凝土梁采用分级维持荷载法加载分级荷载，包括如下过程：首先获取待测试混凝土梁的最大载荷，将待测试混凝土梁一侧水平放置在对称设置的左右支座上，在另一侧待测试混凝土梁几何中心位置处，施加载荷，根据待测试混凝土梁两支座间距，梁最大弯矩值，待测试混凝土梁宽，待测试混凝土梁高为，抗弯截面系数为，待测试混凝土梁受跨中总荷载作用下弯矩最大值，由
公式：矩形截面抗弯截面系数，代入上式得：换算得到：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微震信号特征预测混凝土坝体裂缝产生与扩张的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，对待测试混凝土梁采用分级维持荷载法加载分级荷载，并采集荷载加载过程中的混凝土梁抗弯破坏微震信号；步骤二，将微震信号经S变换后得到S矩阵，对S矩阵每个元素求模，得到S模矩阵，根据S模矩阵得到微震信号时频谱特征；步骤三，根据混凝土梁破坏过程应变曲线，将混凝土梁在加载过程中的变形阶段分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、破坏变形阶段，并分别获取微震信号弹性变形阶段时频谱特征、塑性变形阶段的时频谱特征、破坏变形阶段的时频谱特征；步骤四，采集混凝土坝体的微震信号，将混凝土坝体的微震信号经S变换后得到S矩阵，对S矩阵每个元素求模，得到S模矩阵，根据S模矩阵得到混凝土坝体的微震信号时频谱特征，将混凝土坝体的微震信号时频谱特征与混凝土梁破坏过程获得的弹性变形阶段的时频谱特征、塑性变形阶段的时频谱特征、破坏变形阶段的时频谱特征进行比对，预测得到混凝土坝体的变形阶段。2.根据权利要求1所述的基于微震信号特征预测混凝土坝体裂缝产生与扩张的方法，其特征在于，所述的对待测试混凝土梁采用分级维持荷载法加载分级荷载，包括如下过程：首先获取待测试混凝土梁的最大载荷，将待测试混凝土梁一侧水平放置在对称设置的左右支座上，在另一侧待测试混凝土梁几何中心位置处，施加载荷，根据待测试混凝土梁两支座间...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷英成，胡清龙，张继伟，葛宝，唐友川，丰赟，何刚，柏睿，
申请(专利权)人：四川中水成勘院工程物探检测有限公司，
类型：发明
国别省市：