[发明专利]一种基于矩张量分析的岩石声发射参数确定方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于矩张量分析的岩石声发射参数确定方法及系统，该方法包括：根据宏观力学参数构建待测试岩石试样的数值模型；通过PFC软件加载数值模型，模拟待测试岩石试样的破坏过程，在PFC软件加载数值模型的过程中识别各微裂纹的破裂时间和位置；在PFC软件加载数值模型的过程中，若依次产生的两个微裂纹的岩石晶粒中有共同的岩石晶粒，且两个微裂纹产生的时间间隔小于当前声发射事件的持续时间，则两个微裂纹为同一声发射事件；将声发射事件的空间范围内的所有微裂纹位置的几何中心作为对应声发射事件的震源位置；根据矩张量分析的方法确定各声发射事件的声发射参数。本发明能够确定各声发射事件的震源位置和声发射参数。

技术领域

本发明涉及声发射监测技术领域，特别是涉及一种基于矩张量分析的岩石声发射参数确定方法及系统。

背景技术

岩石是一种典型的非均匀材料，其变形破坏是渐进发生的，理解岩石的渐进破坏过程对于很多工程具有重要意义。然而，岩石材料的累进损伤是由于微裂纹的起裂、扩展以及贯通而产生的，难以被直接观测和量化，为此，学者和工程师需要借助其他手段进行研究。其中，声发射监测作为一种无损监测技术在岩石力学和工程领域得到了广泛的应用。声发射是岩石在破裂过程中由于应变能释放所产生的一种弹性波，通过对这些弹性波的进一步分析可以获取各种声发射参数，包括声发射计数，声发射能量，b值等，这些参数可以用于量化岩石损伤程度，捕捉岩石失稳前兆等。

鉴于室内岩石声发射实验存在的缺陷，采用数值模拟方法重现岩石声发射现象成为岩石渐进破裂过程研究的有力手段。在各种数值模拟方法中，颗粒流离散单元程序PFC（Particle Flow Code）可以通过粘结颗粒模型BPM（Bonded-particle model）重现岩石渐进破裂过程中的微裂纹起裂、扩展及贯通的全过程，可以直接模拟岩石材料的大变形，成为岩石力学领域主流的软件之一。BPM采用非均匀尺寸的刚性圆形颗粒模拟岩石晶粒，采用粘结接触模拟岩石晶粒之间的胶结行为，这些粘结接触被赋予一定的刚度和强度，颗粒的运动满足牛顿第二定律，每个粘结接触所受的力和力矩随颗粒的运动而更新，当接触力超过接触强度时，会产生微裂纹，随着加载进行，微裂纹不断起裂和丛集，最终模型发生破坏。

在天然地震和微震监测中，在记录震源释放出的动力波时，常采用矩张量理论反演获取震源信息，在PFC模拟中，通过记录粘结破坏时周围接触力的变化可以获取矩张量，进而获取声发射的震级和能量。目前，采用矩张量分析方法无法确定单个声发射事件的震源位置和所含微裂纹数量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于矩张量分析的岩石声发射参数确定方法及系统，能够确定各声发射事件的震源位置和声发射参数。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于矩张量分析的岩石声发射参数确定方法，包括：

获取待测试岩石试样的宏观力学参数；

根据所述宏观力学参数构建所述待测试岩石试样的数值模型；所述数值模型包括多个岩石晶粒，各岩石晶粒之间通过胶结物粘结；

通过PFC软件加载所述数值模型，模拟待测试岩石试样的破坏过程，在所述PFC软件加载所述数值模型的过程中识别各微裂纹的破裂时间和位置；在所述PFC软件加载所述数值模型的过程中各岩石晶粒之间每个粘结点的断裂均表示一个微裂纹；

在所述PFC软件加载所述数值模型的过程中，若依次产生的两个微裂纹的岩石晶粒中有共同的岩石晶粒，且两个微裂纹产生的时间间隔小于当前声发射事件的持续时间，则所述两个微裂纹为同一声发射事件；当前声发射事件的初始持续时间为当前声发射事件的第一个微裂纹产生的持续时间，微裂纹产生的持续时间为裂纹在产生微裂纹的两个岩石晶粒中的较大直径中的传播时间，裂纹的传播速度为待测试岩石试样剪切波速的一半；

将一个声发射事件对应的所有微裂纹覆盖的空间范围作为对应声发射事件的空间范围，将声发射事件的空间范围内的所有微裂纹位置的几何中心作为对应声发射事件的震源位置；

根据矩张量分析的方法确定各声发射事件的声发射参数。