[发明专利]一种基于岩石kasier点特征的地应力测量简便准确判读方法

摘要

一种基于岩石kasier点特征的地应力测量简便准确判读方法，进行岩石三轴声发射试验，获得岩样在地下实际的三向受力状态数值；用累计振铃计数‑时间曲线进行Kaiser点的判读；对降噪处理后的声发射信号数据用Matlab软件计算出累计声发射振铃计数；采用声发射的振铃计数关联维数来分析岩石的分形特征；拾取Kaiser点的时间，在应力‑时间曲线上读取对应的应力值，此时的应力就是岩样轴向历史最大地应力。本发明利用改进的切线作图法确定Kaiser点出现的时间范围，再基于分形理论知识对试验数据进行处理分析，然后锁定Kaiser点出现的时间，最后从应力‑时间曲线上读取Kaiser点处的应力值，从而实现对Kaiser点的准确简便判读。

主权项

一种基于岩石kasier点特征的地应力测量简便准确判读方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：进行岩石三轴声发射试验，获得岩样在地下实际的三向受力状态数值；第二步：用累计振铃计数‑时间曲线进行Kaiser点的判读；在进行数据处理分析前对声发射振铃计数时序用Daubechie小波族进行岩石声发射时间序列的降噪处理，降噪过程分为以下3个步骤：(1)对原始信号进行小波分解：一个含有噪声的信号模型可以表示为：S(j)＝f(j)+α·e(j)，(j＝0,1,k,n‑1)，式中：S(j)为含有噪声的原始信号，f(j)为岩石声发射的真实信号，e(j)为噪声信号；利用Matlab软件选择db3小波基对声发射原始信号进行5层分解计算；(2)对含有噪声的小波系数进行阀值量化：采用固定阀值的方法降噪处理，选取阀值Q为：Q＝sqrt[2lg(length(y))]，式中：y表示分析的信号；对小波变化后含有噪声的小波系数和阀值Q进行比较，将低于Q的小波系数变为零，大于Q的小波系数变为与Q的差值；(3)对经过阀值量化处理后的小波系数进行重新构建，得到除去噪声干扰的信号；第三步，对降噪处理后的声发射信号数据用Matlab软件计算出累计声发射振铃计数；具体为首先对累计振铃计数‑时间曲线进行n次多项式拟合，然后对曲线上所有点做切线，最后拾取水平直线段和线性增长段切线交点较集中的区域确定为Kaiser点出现的时间范围；第四步：根据Kaiser点的频带能量高于附近其他点，分形维数低于相邻点的特征，结合声发射的累计振铃计数曲线对Kaiser点的判读干扰点较少的情况，采用声发射的振铃计数关联维数来分析岩石的分形特征；根据Grassberger和Procaccia提出的从时间序列计算序列的关联维数的G‑P计算方法,以声发射的基本参数序列作为研究对象，则每一个序列对应一个样本容量为n的序列集：X＝{x1,x2,x3,…,xn}   (1)由(1)式可以构造一个m维的相空间(m<n)，取前m个数作为样本空间的一个m维向量：X1＝{x1,x2,x3,…,xm}   (2)然后后移一位，再取m个数，构成第二个向量，以此类推，时间序列一共能构成n‑m+1个m维向量，对应的关联函数为：w[r(k)]=1N2Σi=1NΣj=1NH[r(k)-|Xi-Xj|]---(3)]]>式(3)中，H为Heaviside函数，r为给定的尺度；取r(k)=k1N2Σi=1NΣj=1N|Xi-Xj|---(4)]]>式(4)中，k为比例系数；由以上各式经过MATLAB程序处理后，得到在给定维度下的一组散点，这些散点如果在{lnW[r(k)],lnr(k)}上能形成直线，就说明试样的声发射序列在给定维度下具备良好的分形特征，认为回归直线的斜率就是关联维数；通过上述的G‑P算法计算得到每一个试样的分形维数‑时间‑应力关系图；在所估读的近似Kaiser点时间范围内读取分形维数最小值所在时间，判读分形维数最小值所对时间为Kaiser点出现的时间；第五步：拾取Kaiser点的时间，在应力‑时间曲线上读取对应的应力值，此时的应力就是岩样轴向历史最大地应力。