[发明专利]一种反映泥质粉砂岩劈裂破坏全过程的计算方法

说明书

本发明公开一种反映泥质粉砂岩劈裂破坏全过程的计算方法包括以下步骤：步骤S1、对泥质粉砂岩劈裂演化过程中发出的声发射信号进行小波包分解，得到小波包的能谱系数集中频段F₁；步骤S2、计算声发射信号主频F₂；步骤S3、根据小波包的能谱系数集中频段F₁和声发射信号主频F₂，最终确定一个最优频段，即特征频段F，且F＝F₁UF₂，根据所述最优频段得到岩石破裂中不同阶段的动态特征以及岩石的跨尺度断裂过程。采用本发明的技术方案，可对泥质粉砂岩发生劈裂过程的声发射波形进行分频研究，能够充分考虑不同频段的声发射信息，及其对破裂问题的敏感度，采集数据丰富，可靠性强。

技术领域

本发明涉及岩石劈裂检测技术领域，尤其涉及一种应用声发射特征频段反映泥质粉砂岩劈裂破坏全过程的计算方法。

背景技术

岩石破坏的本质原因是内部微裂隙的萌生、扩展，以及裂隙间相互贯通，最后形成宏观断裂面的过程。由于岩石材料的非透明性，以及破裂属于三维问题，岩石损伤断裂的演化过程的监测十分困难。但岩石的破裂存在一个从微细观发育到宏观尺度的演化过程，选择一个准确、无干扰地、能实时反映此演化过程的最优频段(特征频段)，对于研究岩石的宏观断裂过程、排除噪声影响、摈弃其他频段干扰是十分重要的。

一般来说,岩石的抗拉强度最小,抗压强度最大。岩石抗拉强度为抗压强度的1/10～1/30,岩石抗剪强度为抗压强度的1/8～1/12。泥质粉砂岩作为一种沉积岩，广泛分布于矿山、公路边坡、隧道围岩等工程中。现场工程岩体易发生劈裂破坏，形成平行于主应力的张拉结构面。

由于泥质粉砂岩发生劈裂破坏问题的复杂性，岩石本身的不透明性，声发射监测易受噪声的干扰以及声发射数据的海量性，监测结果的失真或误判时有发生。纠其原因，主要有三个方面：

其一，在现阶段针对泥质粉砂岩劈裂破坏时，并没有开展监测优势频段的选取研究工作。

其二，目前选用的声发射传感器属于宽频传感器，有效监测频段过宽，许多噪声信号同样被采集，对监测结果产生了很大的影响，甚至会出现误判。

其三，传感器的响应速度与频段成反比，宽频传感器必然会导致其响应速度的缓慢，但泥质粉砂岩发生劈裂破坏历时较短。显然，较慢的响应无法满足监测的需要。

因此，寻找一种应用声发射特征频段反映泥质粉砂岩劈裂破坏的方法是非常有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种应用声发射特征频段反映泥质粉砂岩劈裂破坏的计算方法，可对泥质粉砂岩发生劈裂过程的声发射波形进行分频研究，不仅有利于监测泥质粉砂岩发生劈裂的规律，而且可以进一步发挥声发射监测手段在岩石力学领域的作用，为提高声发射监测的效果提供一个全新的思路。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种反映泥质粉砂岩劈裂破坏全过程的计算方法包括以下步骤：

步骤S1、对泥质粉砂岩劈裂演化过程中发出的声发射信号进行小波包分解，得到小波包的能谱系数集中频段F₁；

步骤S2、计算声发射信号主频F₂

根据声发射信号主频求解算法，对泥质粉砂岩劈裂演化过程中的每一个声发射信号进行主频的求解，同时绘制主频分布的频率-时间曲线图，从所述曲线图中寻找具体主频值的富集区，定义此区域为F₂；

步骤S3、根据小波包的能谱系数集中频段F₁和声发射信号主频F₂，最终确定一个最优频段，即特征频段F，且F＝F₁UF₂，根据所述最优频段得到岩石破裂中不同阶段的动态特征以及岩石的跨尺度断裂过程。