[发明专利]一种岩石破裂声发射与损伤成像一体化监测方法

说明书

本发明公开了一种岩石破裂声发射与损伤成像一体化监测方法，属于岩石破裂损伤探测技术领域。本发明能够充分考虑岩石非均值材料的各向异性，实现岩石破裂过程的三维动态成像及声发射同步监测，能够有效获取岩石损伤演化与对应的声发射信息。本发明无需增设附属设备，也无需进行设备改造，实现成本低，可靠性强。本发明为研究岩石破裂损伤与声发射对应关系提供了技术基础，同时可为研究灾变前兆特征分析提供技术基础。

技术领域

本发明属于岩石破裂损伤探测技术领域，具体涉及一种岩石破裂声发射与损伤成像一体化监测方法的设计。

背景技术

岩石破裂损伤的探测是岩石破裂演化机理和失稳预警的重要研究基础，对预防岩土工程灾害具有重要意义。岩石材料的不透明性，导致破裂致灾过程的监测十分困难。现有的探测技术主要有声发射监测和超声波探测，超声波和声发射无损探测技术在岩土工程等相关领域应用最为广泛。超声波无损探测成像能够较精确探测岩石内部静态的损伤缺陷(裂纹、孔隙等)；声发射检测可以获取岩石破裂过程的声发射特征信号推演动态损伤趋势。研究一种能够融合超声波探伤成像和声发射一体化同步监测的方法，对揭示岩石破坏损伤演化规律，岩石动态损伤信息与声发射内在关系具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前岩石破裂声发射研究领域缺少岩石破裂演化与声发射直接对应的有效监测手段，造成难以准确确定声发射与破裂演化对应关系的问题，提出了一种岩石破裂声发射与损伤成像一体化监测方法，最大限度地实现声波探伤成像与声发射信号的同步执行，为研究岩石破裂损伤与声发射对应关系提供技术基础，同时可为研究灾变前兆特征分析提供技术基础。

本发明的技术方案为：一种岩石破裂声发射与损伤成像一体化监测方法，包括以下步骤：

S1、在待监测岩石周围设置声发射系统。

S2、构建岩石三维离散速度场模型。

S3、在声发射AST模式下，通过声发射系统中每个通道的声发射监测传感器依次发射和接收声波，测试得到岩石三维离散速度场模型中每个微元的波速。

S4、根据岩石三维离散速度场模型中每个微元的波速，结合岩石各向异性的波速变异函数计算得到岩石内部未知波速微元的波速。

S5、根据岩石内部所有微元的波速反演得到岩石破裂损伤成像图，完成对岩石破裂的监测。

进一步地，步骤S1中的声发射系统由对射型声发射监测传感器矩阵构成。

进一步地，步骤S2中的岩石三维离散速度场模型为：

V＝{v(c_k)|k＝1,2,...,n}

其中V表示岩石三维离散速度场，v(c_k)表示声波在岩石的第k个组成微元c_k内的传播速度，n表示岩石的组成微元总数。

进一步地，步骤S4中岩石内部未知波速微元的波速计算公式为：

其中v^*(c₀)表示未知波速微元c₀的波速估计值，λ_k表示第k个已知组成微元c_k与未知波速微元c₀的相关系数，v(c_k)表示第k个已知组成微元c_k的测试波速值。

进一步地，相关系数λ_k的计算公式为：