[发明专利]一种直剪试验中岩石结构面剪切破坏位置定位方法

说明书

本发明公开了一种直剪试验中岩石结构面剪切破坏位置定位方法，包括步骤：布置声发射传感器，按以上方式布置的声发射传感器按坐标和编号k建立txt格式文件，计算闭锁值D_t＝S/V_s，同步进行结构面试块剪切实验和声发射监测，通过所述发射传感器记录声发射信号，将六个声发射传感器监测的每次弹性波到时时间输出，使用闭锁值D_t对监测弹性波到时时间进行分组编序，依据到时差定位原理建立声发射位置适应值函数，将被分组编序弹性波到时文件输入至适应值函数，计算得到整个粒子群体的最优声发射源位置，筛选出发生在结构面上块空间范围内的剪切破坏的坐标。本方法监测准确性高，提前剔除了影响精度的干扰到弹性波时时间，能对结构面剪切破坏位置进行声发射定位。

技术领域

本发明涉及一种直剪试验中岩石结构面剪切破坏位置定位方法，更具体涉及岩石结构面剪切过程中的破坏位置声发射定位方法，属于岩土力学技术领域。

背景技术

目前,随着我国的经济建设迅速发展，越来越多的深部地下工程在我国建成，这些工程都建设于工程岩体内部。工程岩体由完整的岩石块体和结构面组成，结构面彼此组合将岩体切割成形态不一，大小不等的岩石块体，结构面对岩石力学性质具有控制作用，沿结构面的剪切破坏是工程岩体的主要破坏模式。结构面剪切破坏过程十分复杂，剪切过程中岩体相互贴合剪切，对研究结构面剪切破坏形成了较大阻碍。因此，深入了解剪切破坏过程对于岩土工程的安全建设就十分重要，准确的掌握剪切破坏的过程对于预防和治理剪切破坏有着重要的意义。

声发射是材料内部发生变形或者损伤导致应变能快随释放而产生弹性波的现象，释放的弹性波可以被声发射传感器所拾取，通过不同传感器所拾取的弹性波到时时差就可以定位出破裂源的位置。因此声发射是一种无损监测，可以在不影响材料内部破坏过程的前提下对材料破坏过程进行全过程监测。岩石是一种典型的脆性材料，在岩石破裂时释放出的弹性波可以很好的被声发射传感器所拾取，故声发射监测广泛运用于岩石破坏过程监测。

然而，由于结构面剪切破坏对弹性波传播的干扰和传统声发射定位算法对传感器阵列的局限性，导致现有的结构面剪切破坏声发射定位技术要么在定位结果上定位不准确、要么在声发射定位过程繁琐或定位结果不收敛，从而制约着对结构面剪切破坏机理的深入认识。

(1)结构面剪切过程中，结构面上块上块紧密贴合，结构面的存在对弹性波的传播产生较大的干扰，导致声发射信号失真而定位不准确，不能真实反映出结构面剪切破坏区域。《受载岩石混凝土的声学特征及其应用》中第3.4章“裂隙对超声波传播的影响”，作者赵明阶，提到岩体中的宏观裂隙的线性尺寸远大于超声波的波长，如果裂隙张开且无填充，由于裂隙界面处的波阻抗反差较大，声波不能穿透裂隙，只能绕裂隙而传播，在裂隙处产生衍射，使声波能量发生衰减，降低波速。故由于结构面的存在，在结构面剪切过程中，结构面破损导致弹性波的失真，从而导致声发射传感器在拾取弹性波到时存在较大误差。声发射定位技术原理是基于传感器时差定位，如果时差拾取出现误差，则对定位结果影响较大。《计算工程与科学》2009年第31卷第4期，题名“声发射定位中的时差计算研究”，作者刘卫东，论文中阐述了对于线定位，假设较快应力波的波速为较慢应力波波速的两倍，则可推倒出由异型波时差测量偏差引起的声发射源最大定位误差可达25％的监测区间长度。中国专利公开号CN 102435980A，公开日2012.05.02，发明名称为“一种基于解析求解的声发射源或微震源定位”，该申请案通过解析求解的方法，得出的声发射源或者微震源定位方法不需要迭代求解，但是该方法并未考虑由于结构面导致弹性波传播受干扰而带来的弹性波到时拾取误差，从而不能准确的进行结构面剪切破坏声发射源定位。