[发明专利]一种声发射与数值计算相结合的岩石破裂过程分析方法

摘要

本发明专利提出了一种声发射与数值计算相结合的岩石破裂过程分析方法，将声发射\微震监测与数值计算结合起来对岩石损伤与破裂过程进行分析。首先，利用声发射\微震信息反演破裂源损伤尺寸和程度，对岩石的弹性模量和强度进行相应地弱化；然后将这些参数输入数值模型之中，再进行数值计算分析。利用该方法，可以获取真实应力场并有效预测岩石破裂模式。本发明为研究岩石损伤与破裂提供了一种精确可靠的新方法。

主权项

1.一种声发射与数值计算相结合的岩石破裂过程分析方法，其特征在于步骤如下：(1)选用一种岩石试件进行单轴压缩试验；(2)采用声发射技术监测其破坏过程，以岩石试件底部圆心作为坐标原点，确定8个传感器位置，四个一组，每组设置在同一水平面上且均匀分布；(3)将岩石试件放置于压力机的承压板间，先开始采集数据，再对上下承压板施加压力，直至试件破坏；(4)基于声发射数据的岩石损伤定量表征方法；震源半径方程为；损伤变量D；式中：σ_n表示垂直裂纹的应力，a表示裂纹长度的一半，E表示岩石的弹性模量，ν表示岩石的泊松比，γ表示单位面积表面能，E_k表示动能，E_i表示内能，E_a表示表面能，D损伤变量；(5)基于数值计算的损伤模型；单元的损伤变量D按照如下关系给出：式中ε_t0是当单元发生拉伸损伤对应的最大拉伸主应变，ε_c0是当单元发生剪切损伤时对应的最大压缩主应变，ε₁和ε₃分别是第一、第三主应变，n是表示单元损伤演化的系数；单元的弹性模量按照如下关系式给出：E＝(1‑D)E₀E₀和E分别为损伤前和损伤后的弹性模量；单元的强度也按如上关系给出：σ_s＝(1‑D)σ_s0其中σ_s0和σ_s分别为损伤前和损伤后的单元强度(6)按基于声发射数据的岩石损伤定量表征方法分析监测数据，反演岩石的损伤半径和损伤程度；利用式E＝(1‑D)E₀和σ_s＝(1‑D)σ_s0对岩石的弹性模量和强度进行相应地弱化；E₀和E分别为损伤前和损伤后的弹性模量；σ_s0和σ_s分别为损伤前和损伤后的单元强度；(7)将声发射反演损伤作为岩石初始条件，按基于数值计算的损伤模型进行数值计算，即可得到岩石的最终破裂模式。