[发明专利]一种岩石破坏声发射次主频识别提取方法

说明书

本发明涉及一种岩石破坏声发射次主频识别提取方法。本发明制备不同地质成因的岩石的标准圆柱体试样并在侧表面沿周向均匀布置声发射传感器，进行单轴压缩实验，声发射传感器接收岩石试样开始加载至完全破坏全过程释放的原始声发射波形；对原始声发射波形依次去噪处理和快速傅里叶变换得到二维频谱图，模糊化处理得到模糊化二维频谱图；捕捉识别出具有次主频特征的声发射信号，提取该声发射信号的声发射主频和次主频；采集不同岩性试样从开始加载至完全破坏全过程的声发射信号得岩石损伤破坏各个时刻的声发射信号频域数据，对具有次主频特征的声发射信号，判断该声发射信号的类型，计算中心频率，结合试样破坏荷载‑时间曲线描述破坏模式。

技术领域

本发明涉及一种岩石破坏声发射次主频识别提取方法，属于岩石破坏模式识别技术领域。

背景技术

岩石材料在荷载作用下发生的破坏，是一个复杂的渐进过程。在宏观破裂之前，试样内部就已出现多特征的微观破裂现象，破坏过程中至少存在张拉破裂、剪切滑移两种及两种以上的破坏机制。岩石内部发生不同的破坏模式时，会诱发相应弹性能的释放，产生不同特征的弹性波，形成被检测传感器接收到的声发射信号。声发射技术是利用岩石在负载时内部破裂损伤产生的瞬态弹性波信息，连续监测和测试材料在整个加载过程中的损伤进展，以此来研究岩石受力状态、破坏模式、物理力学性质和它们的组合特征等丰富的信息，是目前公认的可实时监测岩石灾变过程中微损伤事件孕育萌生、扩展、聚合的有效方法。

但现有的声发射技术对声发射信号的利用率不足，通常仅使用波形的简化特征参数或将研究对象集中在声发射主频演化特征及其频带占比关系上，对声发射本征频域的多样性和全局性考虑不足，易丢失重要信息，难以形成准确定量评价，难以实现有效岩石损伤机理分析。

发明内容

针对现有通过声发射频域信息分析岩石破坏模式方法的不足，提出了一种岩石破坏声发射次主频识别提取方法，可实现更为准确地岩石破坏模式判别，相比现有频域分析方法，不仅具有频域信息利用率高、运算速度快、结果精准度高等优点，还能输出单个指定位置波形的主频、次主频及其对应幅值等参数，也能输出试验全过程的声发射信号频域分析统计结果。

一种岩石破坏声发射次主频识别提取方法，具体步骤如下：

(1)将不同地质成因的岩石制备成标准圆柱体试样；

(2)在圆柱体试样侧表面沿周向均匀布置声发射传感器；

(3)采用岩石力学试验机对圆柱体试样进行单轴压缩实验，实验过程中声发射传感器接收岩石试样开始加载至完全破坏全过程释放的原始声发射波形；

(4)对原始声发射波形进行去噪处理，然后再进行快速傅里叶变换得到二维频谱图；

(5)对二维频谱图中的幅值、频率数据进行模糊化处理得到模糊化二维频谱图；

(6)捕捉识别出具有次主频特征的声发射信号，提取该声发射信号的声发射主频和次主频；

(7)采集不同岩性试样从开始加载至完全破坏全过程的声发射信号，获得岩石损伤破坏各个时刻的声发射信号频域数据，对具有次主频特征的声发射信号，根据其主频和次主频的分布特征，判断该声发射信号的类型，计算各类型信号的中心频率，结合试样破坏荷载-时间曲线描述岩石破坏全过程的破坏模式；

所述步骤(1)不同地质成因的岩石包括岩浆岩、沉积岩和变质岩，花岗岩作为岩浆岩试样，砂岩作为沉积岩试样，大理岩作为变质岩试样；

试样尺寸为直径φ50mm×高H100mm的标准圆柱体；试样两端面不平行度误差小于0.05mm；试样两端面垂直于轴线，偏差小于0.25°；试样直径沿高度误差小于0.3mm；