[发明专利]一种隧道围岩微震源定位方法

说明书

本发明公开了一种隧道围岩微震源定位方法，该方法基于启发式类算法中的引力搜索法GSA，在隧道掌子面后方布置至少4个微震监测传感器，采集传感器接收范围内的岩体破裂的波形信号；建立隧道空间坐标系并准确测定传感器空间坐标，拾取各个传感器上波形信号的观测到时；并设定观测到时与计算到时的累积绝对差值为微震源定位的目标函数，最终通过计算目标函数满足终止准则来搜索微震源位置，本发明能够在较快时间内获取较准确的微震源位置，能够满足现场工程对定位精度需要，提高了微震震源定位精度，方法经济实用，操作简单，适用于各种交通、水利水电等隧道工程微震监测。

技术领域

本发明涉及微震监测领域，尤其是一种基于启发式算法GSA的隧道围岩微震源定位方法，适用于各种交通、水利水电等隧道工程微震监测。

背景技术

岩体在外界扰动的影响下，内部会产生微裂隙并以弹性波的形式释放应变能，微裂隙不断发育伴随着弹性波在岩体内迅速传播与释放，这种弹性波被称之为微震。微震监测技术就是基于弹性波的解译来分析岩体内部微裂纹扩展以及岩体稳定性的监测方法。微震源定位是微震监测技术的核心，它是利用微震传感器记录的微震波形信号、到时数据和微震波波速反演微震事件的空间坐标和发震时刻。

目前，在微震源定位研究中，震源定位原理主要分为两大类：一类是基于到时不同理论的震源定位方法，另一类则是基于三轴传感器的震源定位方法。基于到时不同理论发展起来的震源定位方法种类繁多，是应用最广的一类震源定位方法，例如经典的Geiger法、Thurber法、单纯形定位算法、双重残差法等震源定位方法。但是，经典的Geiger法对初始条件的依赖性较大，在迭代过程中存在失稳发散问题；Thurber法虽然引入二阶偏导数提高了算法的稳定性，但同时也大大增加了计算量；单纯形定位算法与Powell等直接算法无须求解方程组，而是直接进行多维搜索，具有收敛速度快，简单且易实现等优点，但此类算法过于依赖初值的选取，与最小二乘法一样易陷入局部极小值。

目前的现有技术还存在获取难度高、工作量较大、误差较大和效率不高的缺陷。因此，研究一种在较快时间内获取较准确的微震源位置的方法十分有意义，能够很大程度上保证微震源定位精度。

发明内容

本发明为解决上述技术问题是提供一种能够在较快时间内获取较准确的隧道围岩微震源定位方法。

一种隧道围岩微震源定位方法一种隧道围岩微震源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.在隧道施工掌子面后方布置n个微震检测传感器，n≥4；

b.收集微震检测传感器接收范围内的岩体破裂的波形信号，定义所有传感器的观测到时与计算到时的累积绝对差值为震源波速反演的目标函数；

c.假定微震定位空间有多个粒子，并假定各个粒子的质量与多维位置向量，；

d.以各粒子的多维位置向量计算目标函数，记录得到的最小目标函数值及对应最小目标函数值的位置；

e.判断最小函数值是否小于规定量值ε，若最小目标函数值小于规定量值ε，则对应最小目标函数值的位置为震源，若最小目标函数值不小于规定量值ε，则更新各粒子的位置向量，重新计算目标函数值，至最小目标函数值小于规定量值ε为止。

更新假定粒子的位置向量时采用引力搜索算法GSA(Gravitational SearchAlgorithm)进行更新。

引力搜索算法GSA(Gravitational SearchAlgorithm)是基于万有引力定律和牛顿第二定律的种群优化算法，万有引力是自然界4种基础力之一。在自然界中，万有引力的作用无处不在，使得任意一个粒子都会与其它的粒子相互吸引而不断的靠近，即较大质量的粒子能吸引较小质量的粒子，较大质量粒子可代表较准确的微震源位置，从而最终获取到最准确的微震源位置。因此，利用基于自然界物理法则的引力搜索算法能实现对微震源的准确定位与获取。