[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

摘要

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Dt＝S/Vs，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Dt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。

主权项

1.一种直剪试验中岩石结构面剪切破坏位置定位方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：制作接触面互相吻合的自然结构面试块，构面试块分为上下大小相等的结构面上块与下结构面下块，在结构面上块声发射传感器监测布置方案布置声发射传感器，所述的结构面上块布置声发射传感器监测布置方案是指：(1)在直剪试验中待监测的结构面上块布置六个声发射传感器，分布在结构面上块试块沿剪切方向的左右两个侧面，每个侧面三个声发射传感器构成一个单元列；结构面上块沿剪切方向的长度为L、高度为H；(2)两单元列中奇数序列、偶数序列的声发射传感器与结构面上块顶面的距离分别不同；(3)各单元列中位于中间序列的声发射传感器与结构面上块一侧端面的距离不等，位于两端序列的声发射传感器与结构面上块两侧端面的距离相等；S2.在所述结构面上块中建立坐标系，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；S3.计算出上述方式布置的声发射传感器中空间距离最远的两个传感器之间的空间距离S，使用波速检测仪测量出结构面上块弹性波波速为V_s，获得闭锁值D_t＝S/V_s；S4.同步进行结构面试块剪切实验和声发射监测，声发射系统监测剪切实验全程直至试验结束，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：(R1)设第r个弹性波到时时间t^r为首个弹性波到时时间，首个弹性波到时时间加上闭锁值D_t得到闭锁到时，选取在第r个弹性波到时时间t^r至闭锁到时这一时段内所有弹性波到时时间t^r组成一个分组序列j；(R2)若分组序列j内的弹性波到时时间t^r个数少于4个，则不进分组编序，将晚于分组序列中末位的弹性波到时时间t^r设置为首个弹性波到时时间，重复上一步R1，组成新的分组序列；(R3)若分组序列r内的弹性波到时时间t^r个数不少于4个，则对分组序列内的弹性波到时时间t^r均赋值分组号j；(R4)将晚于步骤R3的分组序列中末位的弹性波到时时间tr设置为首个弹性波到时时间，重复步骤R1～R3，组成新的分组序列；对所有弹性波到时时间进行分组，将各声发射传感器的编号k、各声发射传感器采集到弹性波到时及组号次序r输入至txt文本保存。S5.依据到时差定位原理，建立声发射位置适应值函数，设第k个传感器计算到时为：式中：t为声发射事件发生时间，(x_k,y_k,z_k)为第k个传感器坐标；(x,y,z)为结构面剪切过程中声发射事件源的位置；V为声发射弹性波在结构面上块中传播的等效速度；第k个声发射传感器收到的t_k表示弹性波到时时间；相邻的两个声发射传感器k+1和k的到时之差为式中:辨别声发射事件位置适应值函数为式中：△W_K为第k+1和k个声发射传感器监测到时之差；S6.初始化粒子群定位算法的学习因子c₁、c₂，群体规模N，定位精度要求ε₀参数，在结构面上块空间范围内初始赋值声发射事件源坐标、初始弹性波波速范围以及飞行代数n；S7.按组序j，将六个声发射传感器坐标txt文件和第j个分组序列中的所有弹性波到时文件输入至步骤S5的适应值函数中，计算步骤S5中第j组分组序列中每个粒子i的适应值S8.若则输出声发射源坐标X＝(x,y,z)，定义第i个粒子的历史最佳的声发射源坐标P_i＝(P_i1,P_i2,P_i3)＝(x,y,z)，在中选取最小值得到整个粒子群体的最优声发射源位置P_g＝(P_g1,P_g2,P_g3)，本次计算结束；否则应用声发射源粒子位置更新公式更新粒子位置，再重复步骤S7～S8，直至或飞行代数n超过限制，则输出计算结果P_g＝(P_g1,P_g2,P_g3)即剪切破坏的坐标；S9.重复步骤S7～S8根据每个分组序列中的弹性波到时时间t^r，计算剪切破坏的坐标；S10.结合剪切面剪切特性，筛选出发生在结构面上块空间范围内的剪切破坏的坐标，并将剪切破坏的坐标投影至结构面上块与结构面下块的接触面上，得到发生在结构面上的剪切破坏坐标，绘制出结构面剪切破坏图。