一种岩石应变局部化起始时间的预测方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及岩土工程技术领域，公开了一种岩石应变局部化起始时间的预测方法、装置和设备，方法包括：对多面体形状的目标岩石的一个外表面喷制散斑图，并在目标岩石的其他外表面设置超声波发射探头和声发射传感器；对目标岩石进行单轴加载；在单轴加载的同时通过声发射传感器接收超声波发射探头发射的超声波信号以及目标岩石产生的声发射信号；在单轴加载的同时拍摄散斑图；通过散斑图、超声波信号和声发射信号计算多种随时间变化的岩石指标；利用各个岩石指标综合预测岩石应变局部化的起始时间。本发明专利技术提高了岩石应变局部化的起始时间预测准确率。预测准确率。预测准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种岩石应变局部化起始时间的预测方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及岩土工程领域，具体涉及一种岩石应变局部化起始时间的预测方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]应变局部化是岩石破坏的先兆，确定岩石发生应变局部化的起始时间对于建立岩石破坏预警指标起到决定性作用，对山体边坡、大坝等结构的破坏预警，对保护人民生命财产安全有着重要意义。文件CN111413199A提供了一种确定岩石应变局部化启动应力水平的方法，首先通过喷漆在岩石表面绘制散斑图像，然后对岩石进行加载，在加载过程中通过相机拍摄散斑图像，基于拍摄的图像计算岩石的应力
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应变曲线，并绘制对应的应力
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应变曲线的应变差值演化曲线，最后将应变差值演化曲线出现明显拐点时对应的应力水平即为岩石应变局部化启动应力水平。王杰等人在文章《单轴压类岩石试件应变局部化位置、方向及预警应用研究》中提出了一种方法，同样通过喷漆在岩石表面绘制散斑图像，然后对岩石进行加载，并在加载过程中通过相机拍摄散斑图像，对图像进行分析。该文章是基于拍摄的图像计算轴力
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位移关系曲线，然后在轴力
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位移关系曲线上将位于变形加速的拐点作为应变局部化的启动点。
[0003]相关技术中的方法，均采用散斑图像的方式预测岩石应变局部化的起始点，这对于图像识别算法提出了较高的要求，例如用到了虚拟应变片技术，这对于图像的拍摄效果和实验人员的实验能力提出了更高的要求。还有一些方法，例如文件CN105403623A公开的，利用声发射信号的主频对岩石损伤特性进行描述，这对实验人员把握信号的频率特性提出了较高要求，频率信号非常复杂且干扰较强，不对频率信号进行特殊处理而直接使用主频分析岩石应变局部化，难度非常大。从而在相关技术中，当实验人员的某一项能力不够强或者存在外部干扰时，使得岩石应变局部化的起始时间预测不准确。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种岩石应变局部化起始时间的预测方法、装置及设备，以解决岩石应变局部化的起始时间预测不准确的问题。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种岩石应变局部化起始时间的预测方法，方法包括：对多面体形状的目标岩石的一个外表面喷制散斑图，并在目标岩石的其他外表面设置超声波发射探头和声发射传感器；对目标岩石进行单轴加载；在单轴加载的同时通过声发射传感器接收超声波发射探头发射的超声波信号以及目标岩石产生的声发射信号；在单轴加载的同时拍摄散斑图；通过散斑图、超声波信号和声发射信号计算多种随时间变化的岩石指标，岩石指标包括损伤非均匀系数变化曲线、损伤集中系数变化曲线、声发射频率曲线和波速各向异性系数变化曲线，损伤非均匀系数变化曲线通过散斑图得到，用于表征散斑图的斑点的离散度随时间变化的关系，损伤集中系数变化曲线通过散斑图得到，用于表征岩石局部化带的形成程度随时间变化的关系，声发射频率曲线通过声发射信号得到，用于表征岩
石声发射撞击率随时间变化的关系，波速各向异性系数变化曲线通过超声波信号得到，用于表征超声波波速随时间变化的关系；利用各个岩石指标综合预测岩石应变局部化的起始时间。
[0006]本实施例采用多面体形状的目标岩石，并对该岩石的一个外表面喷制散斑图，其他外表面设置超声波发射探头和声发射传感器。然后在单轴加载实验过程中，同时对散斑图的变化、超声波信号的变化和目标岩石的声发射信号的变化进行监测，计算多种随时间变化的岩石指标，然后对各个指标随时间变化的趋势分别进行分析，从图像、声波两个角度分析散斑图的斑点的离散度随时间变化的关系、岩石局部化带的形成程度随时间变化的关系、岩石声发射撞击率随时间变化的关系、超声波波速随时间变化的关系，从而确定各个指标表征岩石应变局部化的起始时间，最后将多个岩石应变局部化的起始时间进行统一和整合，得到可靠性更高、准确度更高的岩石应变局部化起始时间。
[0007]在一种可选的实施方式中，通过声发射传感器接收超声波发射探头发射的超声波信号以及目标岩石产生的声发射信号，包括：通过声发射传感器接收混合信号，混合信号包括超声波发射探头发射的超声波信号和目标岩石产生的声发射信号；基于信号幅值从混合信号中划分超声波信号和声发射信号。
[0008]本实施例对于声发射传感器接收混合信号，通过信号幅值区分其中的超声波信号和声发射信号，提高后续步骤分别利用超声波信号和声发射信号计算岩石指标的准确率。
[0009]在一种可选的实施方式中，获取损伤非均匀系数变化曲线的步骤，包括：获取散斑图在单轴加载初始时刻的图像作为未变形图像，并对未变形图像划分网格；以预设时间间隔将单轴加载过程中各个时刻的散斑图与未变形图像进行匹配，确定图像中各个时刻的网格位移；根据网格位移计算每个网格在每个时刻的应变信息；根据每个网格在每个时刻的应变信息，计算每个时刻全部网格对应的平均应变信息；针对每个时刻，基于对应的平均应变信息和每个网格对应的应变信息进行标准差计算，得到每个时刻对应的损伤非均匀系数；依时间顺序，根据每个时刻对应的损伤非均匀系数拟合随时间变化的损伤非均匀系数变化曲线，并将损伤非均匀系数变化曲线作为岩石指标。
[0010]本实施例通过拍摄散斑图在单轴加载过程中的变化，根据散斑之间的匹配关系，计算每个时刻每一个网格对应的应变信息，然后通过每一个网格的应变信息在每个时刻计算应变信息的标准差，得到能够表征每个时刻网格离散程度的损伤非均匀系数，进而将损伤非均匀系数随时间变化的曲线作为岩石指标，利用岩石随着加载增大趋于破坏使得散斑网格离散程度增加的特征，从一个新的角度实现了岩石应变局部化起始时间的预测。
[0011]在一种可选的实施方式中，获取损伤集中系数变化曲线的步骤，还包括：根据每个网格在每个时刻的应变信息从散斑图中确定若干目标网格，目标网格对应的最大主应变数值大于散斑图中其他网格对应的最大主应变数值；在散斑图中建立坐标系，并根据坐标系确定每个目标网格在每个时刻的坐标；基于每个目标网格在每个时刻的坐标计算每个时刻对应的平均坐标；针对每个时刻，通过每个目标网格的坐标与平均坐标进行相关性分析，计算得到每个时刻的损伤集中系数；依时间顺序，根据每个时刻对应的损伤集中系数拟合随时间变化的损伤集中系数变化曲线，并将损伤集中系数变化曲线作为岩石指标。
[0012]本实施例通过拍摄散斑图在单轴加载过程中的变化，计算每个时刻每一个网格对应的应变信息，从而找出最大主应变数值较大的若干目标网格，用来表征局部化带附近的
斑点。之后通过建立坐标系并计算目标网格的平均坐标预测局部化带的位置，对每个时刻每个目标网格的坐标与平均坐标进行相关性分析，得到每个时刻能够表征目标网格靠近局部化带程度的损伤集中系数。利用损伤集中系数作为岩石指标，表征岩石随着加载增大使得目标网格中的斑点贴近局部化带这一特征，从一个新的角度实现了岩石应变局部化起始时间的预测。
[0013]在一种可选的实施方式中，获取声发射频率曲线的步骤，包括：从当前时刻开始，统计连续接收多次声发射信号的接收时长；基于接收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩石应变局部化起始时间的预测方法，其特征在于，所述方法包括：对多面体形状的目标岩石的一个外表面喷制散斑图，并在所述目标岩石的其他外表面设置超声波发射探头和声发射传感器；对所述目标岩石进行单轴加载；在单轴加载的同时通过所述声发射传感器接收所述超声波发射探头发射的超声波信号以及目标岩石产生的声发射信号；在单轴加载的同时拍摄所述散斑图；通过所述散斑图、所述超声波信号和所述声发射信号计算多种随时间变化的岩石指标，所述岩石指标包括损伤非均匀系数变化曲线、损伤集中系数变化曲线、声发射频率曲线和波速各向异性系数变化曲线，所述损伤非均匀系数变化曲线通过所述散斑图得到，用于表征散斑图的斑点的离散度随时间变化的关系，所述损伤集中系数变化曲线通过所述散斑图得到，用于表征岩石局部化带的形成程度随时间变化的关系，所述声发射频率曲线通过所述声发射信号得到，用于表征岩石声发射撞击率随时间变化的关系，所述波速各向异性系数变化曲线通过所述超声波信号得到，用于表征超声波波速随时间变化的关系；利用各个岩石指标综合预测岩石应变局部化的起始时间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述声发射传感器接收所述超声波发射探头发射的超声波信号以及目标岩石产生的声发射信号，包括：通过所述声发射传感器接收混合信号，所述混合信号包括所述超声波发射探头发射的超声波信号和目标岩石产生的声发射信号；基于信号幅值从所述混合信号中划分所述超声波信号和所述声发射信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述损伤非均匀系数变化曲线的步骤，包括：获取所述散斑图在单轴加载初始时刻的图像作为未变形图像，并对所述未变形图像划分网格；以预设时间间隔将单轴加载过程中各个时刻的散斑图与所述未变形图像进行匹配，确定图像中各个时刻的网格位移；根据所述网格位移计算每个网格在每个时刻的应变信息；根据每个网格在每个时刻的应变信息，计算每个时刻全部网格对应的平均应变信息；针对每个时刻，基于对应的平均应变信息和每个网格对应的应变信息进行标准差计算，得到每个时刻对应的损伤非均匀系数；依时间顺序，根据每个时刻对应的损伤非均匀系数拟合随时间变化的损伤非均匀系数变化曲线，并将所述损伤非均匀系数变化曲线作为所述岩石指标。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，获取所述损伤集中系数变化曲线的步骤，包括：根据每个网格在每个时刻的应变信息从所述散斑图中确定若干目标网格，所述目标网格对应的最大主应变数值大于所述散斑图中其他网格对应的最大主应变数值；在所述散斑图中建立坐标系，并根据所述坐标系确定每个目标网格在每个时刻的坐标；基于每个目标网格在每个时刻的坐标计算每个时刻对应的平均坐标；
针对每个时刻，通过每个目标网格的坐标与所述平均坐标进行相关性分析，计算得到每个时刻的损伤集中系数；依时间顺序，根据每个时刻对应的损伤集中系数拟合随时间变化的损伤集中系数变化曲线，并将所述损伤集中系数变化曲线作为所述岩石指标。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取所述声发射频率曲线的步骤，包括：从当前时刻开始，统计连续接收多次声发射信号的接收时长；基于接收的声发射信号次数和所述接收时长计算声发射撞击的声发射撞击率；将经过所述接收时长的下一时刻作为所述当前时刻，返回所述从当前时刻开始，统计连续接收多次声发射信号的接收时长的步骤，重新计算下一时刻经过接收时长的声发射撞击率；将单轴加载过程中计算的全部声发射撞击率按照时间排序，并根据排序...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凌凡，张妍珺，朱优平，欧阳金惠，谭尧升，张翰，邵博，姚翔龙，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：