欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13095918853 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13095918853
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2021105841840
申请人: 江西理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种基于矩张量分析的岩石起裂应力与损伤应力辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:

制备标准岩石试件;

对标准岩石试件进行破坏过程声发射震源定位试验,获取声发射震源位置;

采用矩张量理论对声发射震源类型进行辨识;

根据不同类型震源快速增长起点对应的应力对岩石起裂应力σci、损伤应力σcd进行辨识。

2.如权利要求1所述的一种基于矩张量分析的岩石起裂应力与损伤应力辨识方法,其特征在于,所述标准岩石试件由钻孔岩芯或岩块制备,所述标准岩石试件为直径50mm,高度

100mm的圆柱体。

3.如权利要求2所述的一种基于矩张量分析的岩石起裂应力与损伤应力辨识方法,其特征在于,制备标准岩石试件的方法为:使用取芯机钻取直径为50mm,高度大于100mm的岩芯;

使用切割机对钻取后的岩芯进行切割,得到直径为50mm,高度为100mm的圆柱体岩芯;

使用磨石机对切割后圆柱体岩芯进行端面打磨处理,并最终制备得到直径50mm,高度

100mm的标准圆柱体试件。

4.如权利要求1所述的一种基于矩张量分析的岩石起裂应力与损伤应力辨识方法,其特征在于,岩石破坏过程声发射震源定位试验过程为:编制标准圆柱体试件相对坐标:以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,完成试件相对坐标编制;

布置声发射传感器:沿试件表面轴线方向作直线L1、直线L2、直线L3和直线L4,所述直线L1、直线L2、直线L3和直线L4将试件的侧表面均分,在直线L1上精确量取距上、下端面

10mm的2号点和6号点,将此2号点和6号点作为声发射传感器布置位置的中心点;同理在所述直线L2、直线L3和直线L4对应位置上分别确定出4号点、8号点、1号点、5号点、3号点和7号点,将此4号点、8号点、1号点、5号点、3号点和7号点作为声发射传感器布置位置的中心点;

以试件底面中心为坐标原点,分别计算出并记录以上8个传感器的中心点坐标;

测试试件纵波波速:采用声波仪对试件纵波波速进行多次测试,并取平均值作为震源定位的计算参数;

实施岩石破坏过程声发射震源定位试验:采用位移控制,加载速率取0.001mm/s~

0.01mm/s之间,设置声发射采集参数,将试件置于刚性压力机中,进行纵波波速、加载速率与声发射采集参数的设置,刚性压力机施加压力,进行岩石破坏过程声发射震源的定位;获取岩石破坏过程中声发射震源坐标。

5.如权利要求1所述的一种基于矩张量分析的岩石起裂应力与损伤应力辨识方法,其特征在于,辨识声发射震源类型包括:波形文件的提取、P波到达时间ti和初动振幅Ai的拾取、矩张量求解与震源类型辨识四步骤;其中,波形文件的提取:提取每个震源对应的波形文件,利用人工或程序进行波形文件的提取;

P波到达时间ti和初动振幅Ai的拾取:采用FC3作为拾取P波到达时间的特征函数,同时选择信号起点至能量变化最大点作为检测区间,计算AIC函数值:AIC(kw)=kw·log(var(Rw(1,kw)))+(nw‑kw‑1)·log(var(Rw(1+kw,nw)))    (1)式中:Rw、kw分别为所选窗口的时间序列与所有的时间序列;var、nw为方差函数和采样长度;

将AIC函数最小点作为P波到达时间ti,以ti之后振幅中第一个极值点作为初动振幅Ai的值;

矩张量求解:通过提取有效信号的初动振幅Ai、震源与传感器的距离R和方向余弦r,求解矩张量M的独立分量:

式中:A(x)为初动振幅;R,r分别为声源与传感器之间的距离和方向余弦;CS为传感器灵感度相关系数;Ref(t,r)为反应系数,通常取2;

矩张量 各元素关于对角线对称,即mij=mji,完成矩张量各元素mij的求解;

震源类型辨识:从矩张量中得出3个特征值,将最大、中间与最小的特征值分别定义为λmax、λint、λmin;对3个特征值进行归一化处理,得到X,Y,Z,其中X=λmax/λmax,Y=λint/λmax,Z=λmin/λmax,归一化处理公式如下:根据X的取值,对震源类型进行辨识,辨识依据如下所示:

6.如权利要求1所述的一种基于矩张量分析的岩石起裂应力与损伤应力辨识方法,其特征在于,起裂应力σci和损伤应力σcd辨识方法如下:确定震源产生时间标度:以各传感器接收到声发射信号最小时间min(Ti)作为该震源的时间标度;采用位移控制进行声发射震源定位试验加载,试件轴向应变与试验时间呈线性关系,如下所示:

式中:ε—为试件轴向应变值;

Δl,l—分别为试件变形量与试件高度,单位mm;

k—为加载速率,mm/s;

x—为试验时间,单位s;

将每个震源对应的时间Ti代入式(4),求出该震源对应的应变值εi,以震源对应的应变值εi为X轴,以震源数为Y轴,分别绘制累计剪切震源数、累计张拉震源数与累计混合震源数曲线,并将它们叠加在试件应力‑应变曲线之上;

划分微裂纹演化不同阶段:取应力‑应变曲线近似直线段AB为微裂纹稳定发展阶段,取应力‑应变曲线A点之前为微裂纹压密阶段,取应力‑应变曲线B点之后峰值应力σc之前为微裂非稳定发展阶段;

不同类型震源快速增长起点确定:自弹性至微裂纹稳定发展阶段作剪切震源累计曲线第一条近似直线lJ,以剪切震源累计曲线第一个偏离直线lJ的点为J点,则J点为剪切震源快速增长的起点;自弹性至微裂纹稳定发展阶段作张拉震源累计曲线第一条近似直线lZ,以张拉震源累计曲线第一个偏离直线lZ的点为Z点,则Z点为张拉震源快速增长的起点;自弹性至微裂纹稳定发展阶段作混合震源累计曲线第一条近似直线lH,以混合震源累计曲线第一个偏离直线lH的点为H点,则H点为混合震源快速增长的起点;

起裂应力σci和损伤应力σcd的辨识:过J点作Y轴平行线,交应力‑应变曲线于JJ点,取JJ点的坐标为(εJ,σJ);过Z点作Y轴平行线,交应力‑应变曲线于ZZ点,取ZZ点的坐标为(εZ,σZ);过H点作Y轴平行线,交应力‑应变曲线于HH点,取HH点的坐标为(εH,σH);取σJ、σZ、σH的最小值为起裂应力σci,即起裂应力σci=min(σJ,σZ,σH);取σJ、σZ、σH的最大值为损伤应力σcd,即损伤应力σcd=max(σJ,σZ,σH)。