[发明专利]一种基于岩石kasier点特征的地应力测量简便准确判读方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩石声发射试验测量地应力kasier点的判读方法技术领域，是一种基于分形理论知识对岩石声发射试验kasier效应点更为准确的判读方法。

背景技术

声发射法是一种直接的地应力测量方法，根据岩石Kaiser效应来测量地应力，与传统的测试方法相比因其简单便捷、价格低廉，并适合室内大规模批量测试而被国内外广泛采用。但是在运用声发射法获取Kaiser点的判读上还存在着一些不足。

目前岩石声发射试验大多对岩样进行常规单轴压缩试验，不能很好的反映出岩体在地下三向受力的赋存状态，导致测得的Kaiser点数值要比实际值偏低。

Kaiser点的判读也是声发射法测量地应力的关键。当前Kaiser点的判读一般都是通过声发射信号某一个或者多个参数的变化急剧程度，来确定Kaiser点出现的位置。常规的判读方法有两种，一种是通过声发射某个参数与时间的关系直接判读，见图1。这种方法的依据是在某个时间点后是否有大量声发射的产生。但是对于大量声发射没有定量的标准，判读具有一定的主观性，在应用时较难把握准确度。另一种方法是根据声发射的某个累计参数与时间的关系曲线的变化率急剧变化点判读，该方法对于曲线有明显拐点的较容易判读。如图2所示。而对于累计参数拐点模糊的则借助切线来辅助判读，把切线交点确定为Kaiser点，如图3所示。

上述两种对于Kaiser点的判读方法都是依据数据关于某一参数突然增加或者曲线斜率的突然增大来判断，对这类变化没有定量评判的标准，当这种变化不明显时，很难控制人工判读的误差。

发明内容

本发明的目的是针对目前声发射法测取Kaiser点存在判读上的缺陷，而提出一种基于岩石三轴声发射试验的基础，实现对Kaiser点准确简便判读的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种基于岩石kasier点特征的地应力测量简便准确判读方法，包括如下步骤：

第一步：进行岩石三轴声发射试验，获得岩样在地下实际的三向受力状态数值；

第二步：用累计振铃计数-时间曲线进行Kaiser点的判读；在进行数据处理分析前对声发射振铃计数时序用Daubechie小波族进行岩石声发射时间序列的降噪处理，降噪过程分为以下3个步骤：

(1)对原始信号进行小波分解：一个含有噪声的信号模型可以表示为：

S(j)＝f(j)+α·e(j)，(j＝0,1,k,n-1)，式中：S(j)为含有噪声的原始信号，f(j)为岩石声发射的真实信号，e(j)为噪声信号；利用Matlab软件选择db3小波基对声发射原始信号进行5层分解计算；

(2)对含有噪声的小波系数进行阀值量化：采用固定阀值的方法降噪处理，选取阀值Q为：

Q＝sqrt[2lg(length(y))]，式中：y表示分析的信号；对小波变化后含有噪声的小波系数和阀值Q进行比较，将低于Q的小波系数变为零，大于Q的小波系数变为与Q的差值；

(3)对经过阀值量化处理后的小波系数进行重新构建，得到除去噪声干扰的信号；

第三步，对降噪处理后的声发射信号数据用Matlab软件计算出累计声发射振铃计数；具体为首先对累计振铃计数-时间曲线进行n次多项式拟合，然后对曲线上所有点做切线，最后拾取水平直线段和线性增长段切线交点较集中的区域确定为Kaiser点出现的时间范围；

第四步：根据Kaiser点的频带能量高于附近其他点，分形维数低于相邻点的特征，结合声发射的累计振铃计数曲线对Kaiser点的判读干扰点较少的情况，采用声发射的振铃计数关联维数来分析岩石的分形特征；根据Grassberger和Procaccia提出的从时间序列计算序列的关联维数的G-P计算方法,以声发射的基本参数序列作为研究对象，则每一个序列对应一个样本容量为n的序列集：

X＝{x₁,x₂,x₃,…,x_n} (1)

由(1)式可以构造一个m维的相空间(m<n)，取前m个数作为样本空间的一个m维向量：

X₁＝{x₁,x₂,x₃,…,x_m} (2)

然后后移一位，再取m个数，构成第二个向量，以此类推，时间序列一共能构成n-m+1个m维向量，对应的关联函数为：

式(3)中，H为Heaviside函数，r为给定的尺度；取