一种分析岩石破裂前兆的方法技术

本发明专利技术公开了一种分析岩石破裂前兆的方法，包括以下步骤：选取岩石试样；在加载应力σ

【技术实现步骤摘要】
一种分析岩石破裂前兆的方法


[0001]本专利技术涉及岩体力学研究
，具体涉及一种分析岩石破裂前兆的方法。

技术介绍

[0002]岩体破裂失稳问题一直都是国内外岩体力学研究的重点问题。岩土工程灾害的发生(如岩爆、岩质崩塌、岩质滑坡等)往往是岩石损伤破裂失稳过程的宏观表现，如何采用科学有效的技术方法系统深入地研究岩石破裂失稳过程中内部微破裂的动态演化规律，对理解和认识岩体破裂失稳机理和有效监测预警评估具有十分重要的研究意义。声发射检测作为一种新型的无损检测，其特点使其适用于岩石破坏的动态安全检测、监测、完整性评价、早期损伤预警和失效预防。
[0003]随着时代的进步，科学的发展，目前众多行业引入三维激光扫描技术、CT扫描技术、红外遥感技术、数值模拟等方法研究了岩石破裂失稳全过程中不同加载阶段的微观破裂特征和力学特征。其中声发射(Acoustic Emission，AE)技术作为一种良好的无损探测方法，能随着的加载时间的进行实时、连续地观测材料内部微裂纹的萌生和扩展贯通，并能实现单个微破裂源的定位，这是其他任何检测手段都不具备的优势，因此已被广泛应用于材料损伤、结构变形、岩石力学和岩土工程的研究中。
[0004]声发射的产生是材料或结构局部区域迅速卸载使弹性能以波的形式释放的结果。声发射检测技术是对材料在内外荷载和温度等作用下变形和裂纹的扩展一种观测，借此阐述结构失稳的原因，以及材料弹性波的释放点。
[0005]但对于具有非均质特性的脆性岩石在破坏过程中产生大量的声发射信号，比如花岗岩、大理岩和灰岩等脆性岩石和材料性质较为均匀的金属或塑性较明显的岩石(如页岩、泥岩)中只能监测到少量的声发射信号，现行声发射检测技术还未有更好的解释标准与之匹配。特别是在高烈度地震区的坝基、坝肩以及地下洞室口开挖，以及岩基上建(构)筑物的结构变形问题，这一系列的岩体损伤力学问题一直是建设工程中的难点和痛点，具有相当的现实意义和市场需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种分析岩石破裂前兆的方法，采用本方案，能通过认知和识别在岩体变形过程中，用分形维数的方法分析岩石在整个加载过程中的破裂问题，分形维数在整个加载过程中的数值大小所反映岩石破裂的尺度，通过已经得到的声发射时间序列参数的基础上，用分形理论探究岩石在单轴压缩条件下分形维数的变化，以此来反演岩石内部的损伤破坏过程，结合宏观岩石破坏形态，认知岩石的破坏过程。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种分析岩石破裂前兆的方法，包括以下步骤：
[0009]选取岩石试样；
[0010]在加载应力σ
c
数值区间范围内，逐渐对所述岩石试样单轴加压；
[0011]获取关联维数D的计算模型；
[0012]调用所述岩石试样的任意一种声发射时间序列参数，并通过所述关联维数D的计算模型计算所述岩石试样在各加载应力值下的关联维数D，得到原始数据曲线和拟合回归直线；
[0013]通过相关系数R的大小来表征原始数据曲线和拟合回归直线的拟合效果；
[0014]根据所述拟合效果，将所述关联维数D作为描述岩石试样内部微破裂的特征参数值。
[0015]进一步优化，所述声发射时间序列参数包括能量、能率、振铃计数、幅值、上升时间和持续时间。
[0016]进一步优化，所述加载应力σ
c
区间包括0～0.2σ
c
、0.2～0.4σ
c
、0.4～0.6σ
c
、0.6～0.8σ
c
、0.8～0.9σ
c
和0.9～1.0σ
c
。
[0017]进一步优化，所述关联维数D的计算模型为：
[0018][0019]式中r为尺度。
[0020]进一步优化，所述关联维数D的计算模型通过以下计算方法得到：
[0021]将声发射时间序列参数作为调用研究对象，那么任何一个声发射时间序列参数就会对应一个容量为n的集合：
[0022]X＝{x1,x2,
…
x
n
}；
[0023]该序列集合可以构成一个m维的相空间，m＜n，取相空间相连的m个值作为m维空间的一个向量：
[0024]X1＝{x1,x2,
…
x
m
}；
[0025]之后，向后移一个数再取m个数构造第2个向量：
[0026]X2＝{x2,x3,
…
x
m+1
}；
[0027]依次构成N＝n
‑
m+1个向量，它们的关联函数为
[0028][0029]式中：H为Heaviside函数
[0030][0031]尺度r取值时，为了避免数据的分散性，取
[0032]r＝kr0；
[0033]式中：k为比例系数，r0为
[0034][0035]对任何一个给定的尺度r都计算可以获得一一对应的C(r)。在双对数坐标系中能计算获得一系列点：{lnC[r(k),lnr(k)]}，对这些数据点做线性回归拟合，当回归后得到的结果为线性直线，则证明分析的声发射时间序列参数在给定的尺度r范围内的分形特征明显，那么这条直线的斜率则为声发射时间序列参数的关联维数D，即有：
[0036][0037]进一步优化，获取关联维数D的计算模型后，还包括以下步骤：
[0038]通过构建相空间维数m和关联维数D的关系曲线，并在关联维数D呈线性上升的范围内，确定相空间维数m的取值。
[0039]进一步优化，所述相空间维数m取值为4。
[0040]进一步优化，通过相关系数R的大小来表征原始数据曲线和拟合回归直线的拟合效果后，还包括以下子步骤：
[0041]根据所述拟合效果，判断所述岩石试样单轴声发射时间序列参数与所拟合回归直线之间的相关性等级，若达到相关性等级阈值，则将所述关联维数D作为描述岩石试样内部微破裂的特征参数值。
[0042]进一步优化，所述相关性等级包括：当相关系数＜2时，相关性为差；当相关系数为0.2～0.4时，相关性为一般；当相关系数为0.4～0.6时，相关性为中等；当相关系数为0.6～0.8时，相关性为较好；当相关系数大于0.8时，相关性为很好。
[0043]进一步优化，所述相关性等级阈值为很好。
[0044]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0045]本专利技术提供了一种分析岩石破裂前兆的方法，采用本方案，能通过认知和识别在岩体变形过程中，用分形维数的方法分析岩石在整个加载过程中的破裂问题，分形维数在整个加载过程中的数值大小所反映岩石破裂的尺度，通过已经得到的声发射时间序列参数的基础上，用分形理论探究岩石在单轴压缩条件下分形维数的变化，以此来反演岩石内部的损伤破坏过程，结合宏观岩石破坏形态，认知岩石的破坏过程。
附图说明
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分析岩石破裂前兆的方法，其特征在于，包括以下步骤：选取岩石试样；在加载应力σ
c
数值区间范围内，逐渐对所述岩石试样单轴加压；获取关联维数D的计算模型；调用所述岩石试样的任意一种声发射时间序列参数，并通过所述关联维数D的计算模型计算所述岩石试样在各加载应力值下的关联维数D，得到原始数据曲线和拟合回归直线；通过相关系数R的大小来表征原始数据曲线和拟合回归直线的拟合效果；根据所述拟合效果，将所述关联维数D作为描述岩石试样内部微破裂的特征参数值。2.根据权利要求1所述的一种分析岩石破裂前兆的方法，其特征在于，所述声发射时间序列参数包括能量、能率、振铃技术、幅值、上升时间和持续时间。3.根据权利要求1所述的一种分析岩石破裂前兆的方法，其特征在于，所述加载应力σ
c
区间包括0～0.2σ
c
、0.2～0.4σ
c
、0.4～0.6σ
c
、0.6～0.8σ
c
、0.8～0.9σ
c
和0.9～1.0σ
c
。4.根据权利要求1所述的一种分析岩石破裂前兆的方法，其特征在于，所述关联维数D的计算模型为：5.根据权利要求4所述的一种分析岩石破裂前兆的方法，其特征在于，所述关联维数D的计算模型通过以下计算方法得到：将声发射时间序列参数作为调用研究对象，那么任何一个声发射时间序列参数就会对应一个容量为n的集合：X＝{x1,x2,
…
x
n
}；该序列集合可以构成一个m维的相空间，m＜n，取相空间相连的m个值作为m维空间的一个向量：X1＝{x1,x2,
…
x
m
}；之后，向后移一个数再取m个数构造第2个向...

【专利技术属性】
技术研发人员：周逸飞，徐海洋，李青春，马金根，纪海锋，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：