CN114113335A - 基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程测试技术领域，具体涉及一种基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，包括：获取岩石/岩体破坏过程的声发射/微震信息；基于声发射/微震数据进行矩张量反演；基于反演结果对裂纹形成过程中形成的动能、表面能、摩擦能进行量化计算并对量化结果进行修正计算，在声发射数据驱动下利用云图形式表现的空间分布。本发明能有效的量化分析岩石破坏过程中耗散能的时空分布规律，与以往的耗散能计算方法相比不引入裂纹尺寸，使计算过程更加简洁，减少因裂纹尺寸量化结果不准确带来的误差，为从能量角度探究岩石的变形破坏机理提供了新思路。

Description

基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法

技术领域

本发明属于岩土工程测试技术领域，涉及基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法。

背景技术

岩石力学行为研究与矿山开采等地下工程密切相关，岩石破坏及突然失稳的现象广泛存在于岩石工程实践中，岩石变形与破坏是岩石力学研究的根本问题。岩石在变形破坏过程中应力应变状态是一个复杂的过程，在不同应力条件下，岩石失稳破坏特征呈现复杂变化。不同应力路径下岩石具有完全不同的破坏方式，现有的强度理论与破坏准则很难有效解释岩石局部变形特征和整体破坏行为，简单的以应力或应变大小作为破坏判据是不合适的，传统弹塑性理论研究煤岩体的破坏机理很难达到令人满意的结果。

实际上，岩体的破坏归根结底是能量驱动下的一种时间、空间状态下的失稳现象，能量作为岩石变形破坏全过程的内在变量，其演化规律能较好的反映岩体内部损伤情况，因此，从能量的角度研究煤岩变形破坏过程，会更为真实地反映其损伤破坏机理。岩体本身性质及所处地质环境的复杂性决定了从理论上分析岩体的破坏过程是很困难的，必须结合现场监测手段。利用微震监测可以接收岩体破裂时释放出的弹性波，通过分析计算岩石破坏过程中释放的动能、表面能、摩擦能，进而分析岩石破坏过程中耗散能的时空演化规律。

目前，对于摩擦能、表面能的量化计算广泛采用的公式如下：

式中：μ_f为裂纹面的摩擦系数；σ_ni为裂纹i上的法向应力；

为裂纹i在平行其所在平面方向上发生的平均错动位移量；r_i为裂纹i上任一点与裂纹面中心之间的距离；a_i为裂纹i对应的半径。

式中：K_C为第i个裂纹的断裂韧度(C＝I或II)，取决于裂纹的破裂机制(剪切破裂或张拉破裂)。

对于以上的计算方法，引入参数a_i为裂纹i对应的半径，因裂纹量化困难且量化结果不准确，导致计算结果与真实的岩石破坏相差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，在对检测到的声发射数据进行反演的基础上，通过引入裂纹体积变化量实现对耗散能量化方法的改进，从而达到更加真实的演化岩石破裂过程中耗散能的时空分布特征的目的。

本发明提供一种基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，包括以下步骤：

步骤1、在岩石/工程现场安装声发射/微震监测系统，监测岩石/岩体破坏过程中的声发射/微震定位信息以及波形信息；

步骤2、从声发射波形信息中提取初动振幅、进行矩张量反演、解算破裂面张拉角；

步骤3、将裂纹形成过程中的不可逆耗散能简化为裂纹形成或错动过程中释放的动能、裂纹错动过程中的摩擦耗能以及形成新裂纹耗散的表面能，基于矩张量反演结果分别对其量化计算；

步骤4、基于声发射可用率对步骤3中的动能进行修正，基于裂纹体积比对步骤3中的摩擦耗能、表面能进行修正；

步骤5、基于以上步骤对耗散能的量化结果，利用云图的形式来表现耗散能的空间分布，并通过不同时刻的能量空间分布来再现能量耗散的时空分布。

在本发明的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法中，所述步骤1中声发射/微震监测系统中声发射传感器数量多于8个，提高矩张量反演计算的数据样本量。

在本发明的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法中，所述步骤2包括：

步骤2.1：提取初动振幅，解算矩张量特征值；

步骤2.2：获得特征值后，解算破裂面的运动向量和法向量：

步骤2.3：根据破裂面的运动向量和法向量，解算破裂面张拉角。

在本发明的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法中，所述步骤3包括：

步骤3.1：对裂纹形成或错动过程中释放的动能进行量化计算；

通过矩张量反演方法确定裂纹对应的张拉角，利用张拉角计算声发射源的辐射花样系数，实现对声发射辐射总能量的量化，也就是对裂纹形成或错动过程中释放的动能进行量化；

其中，U^k为裂纹形成或错动过程中释放的动能；U_iC为裂纹i形成过程中声发射源的辐射总能量；P和SH、SV分别为声发射纵波和横波；ρ为岩石的密度；V_C为P或S波的波速；R_Cij为裂纹i在声发射传感器j方向上的辐射系数；<R_Ci>为裂纹i对应的平均辐射系数；L_ij为裂纹i的位置与传感器j间的距离；J_Cij为裂纹i在辐射系数为R_Cij的方向上的辐射能量通量，可通过对声发射传感器j采集到的声发射波并进行积分获得；N为裂纹总数；

步骤3.2：根据裂纹错动过程中在各个方向的位移量，根据下式对裂纹错动过程中的摩擦耗能进行量化计算：

其中，U^f为裂纹错动过程中的摩擦耗能，a_i为裂纹i对应的半径，μ_f为裂纹面的摩擦系数，σ_ni为裂纹i上的法向应力，

为裂纹i在平行其所在平面方向上发生的平均错动位移量，M_1i，M_2i，M_3i分别为裂纹i的矩张量特征值，γ_i为裂纹i的张拉角，λ和μ为岩石的拉梅常数；

步骤3.3：由总耗散能减去动能与摩擦耗能的方式，根据下式对形成新裂纹耗散的表面能进行量化计算：

其中，U^s为形成新裂纹耗散的表面能，ρ为岩石密度，J_ui为当L_ij和裂纹i诱发的声发射P波、SH波、SV波在传感器j方向上的辐射花样系数都等于1时的辐射能量通量。

在本发明的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法中，步骤4所述的耗散能量化结果进行修正，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤4.1：利用声发射可用率实现对裂纹形成或错动过程中释放的动能的计算结果进行修正：

步骤4.2：利用裂纹体积比对裂纹错动过程中的摩擦耗能的技术结果进行修正；

步骤4.3：利用裂纹体积比对形成新裂纹耗散的表面能的量化结果进行修正。

在本发明的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法中，所述步骤4.1具体为：

步骤4.11：通过将声发射可用率取对数，并将其与声发射波能量对数间的关系进行线性函数拟合，可得到岩石破裂过程中声发射波能量与声发射可用率间的统计关系：

lgR'＝0.3499lgJ-0.6884 (17)

其中，R'为声发射可用率；J为声发射波的能量；

步骤4.12：某一裂纹的声发射可用率通过该裂纹诱发的多个声发射波的平均声发射可用率来估算：

其中，

为裂纹i的声发射可用率；J_ij为裂纹i释放的被声发射传感器j接收到的能量通量；N’为接收到裂纹i释放声发射波的传感器数；

步骤4.13：将声发射可用率代入式(5)，可得修正后的裂纹形成或错动过程中释放的动能：

其中，U^k1为修正后的裂纹形成或错动过程中释放的动能。

在本发明的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法中，所述步骤4.2具体为：

步骤4.21：根据下式计算裂隙体积比：

步骤4.22：由于R_V'远小于1，利用系数R_V'对矩张量进行修正，在考虑修正系数的情况下修正后的裂纹错动过程中的摩擦耗能为：

其中，U^f1为修正后的裂纹错动过程中的摩擦耗能。

在本发明的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法中，所述步骤4.3具体为：

4.31：在考虑修正系数的情况下，对岩石受载变形过程中裂缝总耗散能进行修正：

其中，U^w1为修正后的总耗散能；

4.32：根据修正后的总耗散能、修正后的裂纹形成或错动过程中释放的动能、修正后的裂纹错动过程中的摩擦耗能计算修正后的形成新裂纹耗散的表面能：

其中，为U^s1修正后的形成新裂纹耗散的表面能。

在本发明的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法中，所述步骤5具体为：

利用云图的形式来表现耗散能的空间分布，并通过不同时刻的能量空间分布来再现能量耗散的时空分布，岩石中任意剖面上任一点的能量密度云图计算方法为将剖面离散为间隔为l的网格点，设置搜索区域为圆柱形，搜索半径及搜索宽度分别为r_s与h_s，则各网格点对应的能量密度值U^c可以用搜索区域包含的裂纹耗散能计算，表达式如下：

式中：i为搜索区域内的裂纹的个数；U^c为对应能量耗散途径的能量耗散量，c＝d，k，f，s。

本发明的一种基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，至少具有以下有益效果：

与以往的耗散能量化方法相比，本发明方法以声发射数据为驱动，更加贴近岩石破坏过程中耗散能的时空演化规律，在计算过程中消除掉了裂纹半径，使计算过程更加简洁，减少因裂纹尺寸量化结果不准确带来的误差，基于声发射可用率以及裂纹体积比对量化结果进行修正，使其量化结果更加贴近真实的岩石破坏过程中释放的耗散能大小，同时利用云图的形式来表现耗散能的时空分布，可视化效果好，为从能量角度探究岩石的变形破坏机理提供了新思路。

附图说明

图1a-1b为能量参数云图计算方法示意图；其中，图1a为平面图，图1b为图1a的A-A切面图；

图2声发射传感器阵列及断铅试验定位误差；

图3单轴压缩条件下总耗散能时空分布；

图4单轴压缩条件下表面能时空分布；

图5单轴压缩条件下摩擦耗能时空分布；

图6单轴压缩条件下动能时空分布。

具体实施方式

本发明提供一种基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，包括以下步骤：

步骤1、获取岩石/岩体破坏过程中的声发射/微震信息：

在岩石/工程现场安装声发射/微震监测系统，监测岩石/岩体破坏过程中的声发射/微震定位信息以及波形信息。将声发射/微震监测系统的声发射传感器数量增加到8以上，提高矩张量反演计算的数据样本量。

步骤2、基于声发射信息的矩张量反演：

从声发射波形信息中提取初动振幅、进行矩张量反演、解算破裂面张拉角。步骤2包括：

步骤2.1：提取初动振幅，解算矩张量特征值；

首先在确定破裂面的空间位置的基础之上，选取所诱发微震波触发微震传感器数量超过6的破裂事件作为样本数据。根据矩张量反演理论，传感器接收到的初动振幅可用下式表示：

式中：u为传感器接收到的P波初动振幅；C_s为传感器响应系数，其包含了传感器自身固有属性与波导介质的材料特性；R_e(t,r)为考虑传感器朝向t与射线传播路径方向r(裂纹与传感器连线方向)的反射修正系数；t为传感器的方向向量；r＝(r₁ r₂ r₃)为裂纹到传感器的方向矢量，r₁ r₂ r₃分别为r在x、y、z方向的矢量分量；L为声发射源至传感器的距离。

获得矩张量以后求解其特征值：

式中：M₁,M₂,M₃(M₁>M₂>M₃)为矩张量的特征值。

步骤2.2：获得特征值后，解算破裂面的运动向量和法向量：

获得特征值后，破裂面的法向量及其运动方向向量可由下式表示：

式中：l为破裂面的运动向量；n为破裂面的法向量；e₁、e₂、e₃分别为矩张量特征值M₁、M₂、M₃对应的特征向量。

步骤2.3：根据破裂面的运动向量和法向量，解算破裂面张拉角。

由于辐射花样的对称性，求解出的l和n是可以互换的，但即使不对破裂面的法向量及其运动方向向量进行区分，也可以正确量化运动方向向量及其在破裂面上投影向量f间的夹角，即张拉角γ：

步骤3、基于矩张量反演结果的岩石耗散能量化计算：

将裂纹形成过程中的不可逆耗散能简化为裂纹形成或错动过程中释放的动能、裂纹错动过程中的摩擦耗能以及形成新裂纹耗散的表面能，基于矩张量反演结果分别对其量化计算，具体包括：

步骤3.1对裂纹形成或错动过程中释放的动能进行量化计算；

通过矩张量反演方法确定裂纹对应的张拉角，利用张拉角计算声发射源的辐射花样系数，实现对声发射辐射总能量的量化，也就是对裂纹形成或错动过程中释放动能的量化；

式中：U^k为裂纹形成或错动过程中释放的动能；U_iC为裂纹i形成过程中声发射源的辐射总能量；P和SH、SV分别为声发射纵波和横波；ρ为岩石的密度；V_C为P或S波的波速；R_Cij为裂纹i在声发射传感器j方向上的辐射系数(辐射花样的幅值)；<R_Ci>为裂纹i对应的平均辐射系数；L_ij为裂纹i的位置与传感器j间的距离；J_Cij为裂纹i在辐射系数为R_Cij的方向上的辐射能量通量，可通过对声发射传感器j采集到的声发射波并进行积分获得；N为裂纹总数。

步骤3.2根据裂纹错动过程中在各个方向的位移量，根据下式对裂纹错动过程中的摩擦耗能进行量化计算：

3.21：考虑裂纹尺寸时摩擦能量化方法；

假设岩石破裂过程中出现的裂纹均为圆盘状裂纹错动过程中的摩擦耗能可由下式计算：

式中：μ_f为裂纹面的摩擦系数；σ_ni为裂纹i上的法向应力；

为裂纹i在平行其所在平面方向上发生的平均错动位移量；r_i为裂纹i上任一点与裂纹面中心之间的距离；a_i为裂纹i对应的半径。

3.22：改进的的摩擦能量化方法

首先，解算裂纹体积变化量，通过矩张量反演可得到裂纹形成过程中同震体积的变化量，在脆性岩石材料中同震体积的变化量近似为裂纹体积的变化量，表达式如下：

式中：ΔVc′为裂纹体积变化量，λ和μ为岩石的拉梅常数，M₁,M₂,M₃为矩张量的特征值，l和n为破裂面的运动向量和法向量，γ为破裂面的张拉角。

其次，解算裂纹错动过程中在各个方向的位移量，裂纹i上垂直于破裂面方向的裂纹平均位移量(裂纹开度变化量)

可表示为：

式中：a_i为裂纹i的半径；M_1i，M_2i，M_3i分别为裂纹i的矩张量特征值：γ_i为裂纹i的张拉角。

进一步，可根据裂纹的张拉角分别计算平行于破裂面方向的裂纹平均错动位移量

裂纹在运动方向上的平均位移量

最后，将式(8)、(9)分别代入式(6)，则岩石受载过程中所有裂纹错动过程中的摩擦耗能表示为：

步骤3.3：由总耗散能减去动能与摩擦耗能的方式，根据下式对形成新裂纹耗散的表面能进行量化计算；

首先，在忽略热传递的情况下，新生裂纹形成过程中的能量守恒定律可以表示为：

式中：

为外力在裂纹i上做的总功，是驱动岩石微破裂的能量源；

为裂纹i形成或错动过程中释放的动能；

为裂纹i错动过程中的摩擦耗能；

为用于产生裂纹i所耗散的表面能。

其次，根据式(5)，裂纹i形成或错动过程中释放的动能可表示为：

其中，J_ui为当L_ij和裂纹i诱发的声发射P波、SH波、SV波在传感器j方向上的辐射花样系数都等于1时的辐射能量通量。

岩石变形过程中裂缝i总耗散能可根据如下公式计算：

式中：

为裂缝i总耗散能、σ_ui为裂纹面运动方向上的应力分量。

根据式(11)，裂纹i错动过程中的摩擦耗能可表示为：

最后，在(12)中代入(13)-(15)，合并同类项后可在无需计算裂纹半径的条件下得到形成新裂纹耗散的表面能：

其中，U^s为形成新裂纹耗散的表面能。

步骤4、耗散能量化结果进行修正：

基于声发射可用率对步骤3中的动能进行修正，基于裂纹体积比对步骤3中的摩擦耗能、表面能进行修正。

包括以下具体步骤：

步骤4.1、利用声发射可用率实现对裂纹形成或错动过程中释放的动能的计算结果进行修正：

利用声发射监测数据来量化耗散能，需要进行声发射源定位、矩张量反演等数据处理过程，在该处理过程中需要至少6个声发射传感器同时接收到同一个声发射源释放的声发射波，而声发射波在传播过程中的能量衰减及辐射花样系数的方向性，可能会导致同一声发射源释放的声发射波无法被6个以上声发射传感器接收到，因此引入声发射可用率对结果进行修正。

步骤4.11：不同能量区段对应的声发射可用率不同，且在较大范围内随着声发射波能量的增加，声发射可用率呈现出指数上升趋势，因此通过将声发射可用率取对数，并将其与声发射波能量对数间的关系进行线性函数拟合，可得到岩石破裂过程中声发射波能量与声发射可用率间的统计关系(某单轴压缩试验为例)；

lgR'＝0.3499lgJ-0.6884 (17)

其中，R'为声发射可用率；J为声发射波的能量；

步骤4.12：由于裂纹与声发射传感器间距离、角度与辐射花样系数等因素的影响，被多个传感器接收到的同一裂纹诱发的声发射波的能量一般不同，所以某一裂纹的声发射可用率可以通过该裂纹诱发的多个声发射波的平均声发射可用率来估算：

其中，

为裂纹i的声发射可用率；J_ij为裂纹i释放的被声发射传感器j接收到的能量通量；N’为接收到裂纹i释放声发射波的传感器数；

步骤4.13：将声发射可用率代入式(5)，可得修正后的裂纹形成或错动过程中释放的动能：

其中，U^k1为修正后的裂纹形成或错动过程中释放的动能。

步骤4.2、利用裂纹体积比对裂纹错动过程中的摩擦耗能的技术结果进行修正；

步骤4.21：根据下式计算裂隙体积比：

步骤4.22：由于声发射可用率、格林函数及声发射传感器响应系数选取误差等因素的影响，R_V'通常远小于1，因此，可利用系数R_V'对矩张量进行修正，在考虑修正系数的情况下修正后的裂纹错动过程中的摩擦耗能为：

其中，U^f1为修正后的裂纹错动过程中的摩擦耗能。

步骤4.3：利用裂纹体积比对形成新裂纹耗散的表面能的量化结果进行修正；

4.31：在考虑修正系数的情况下，根据式(14)，对岩石受载变形过程中裂缝总耗散能进行修正：

其中，U^w1为修正后的总耗散能；

4.32：根据修正后的总耗散能、修正后的裂纹形成或错动过程中释放的动能、修正后的裂纹错动过程中的摩擦耗能计算修正后的形成新裂纹耗散的表面能：

其中，为U^s1修正后的形成新裂纹耗散的表面能。

步骤5、基于以上步骤对耗散能的量化结果，利用云图的形式来表现耗散能的空间分布，并通过不同时刻的能量空间分布来再现能量耗散的时空分布。

利用云图的形式来表现耗散能的空间分布，并通过不同时刻的能量空间分布来再现能量耗散的时空分布，岩石中任意剖面上任一点的能量密度云图计算方法为将剖面离散为间隔为l的网格点，设置搜索区域为圆柱形，搜索半径及搜索宽度分别为r_s与h_s，则各网格点对应的能量密度值U^c可以用搜索区域包含的裂纹耗散能计算，表达式如下：

式中：i为搜索区域内的裂纹的个数；U^c为对应能量耗散途径的能量耗散量，c＝d，k，f，s。

下面结合具体的实施案例，进一步阐明本发明，这些实施案例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

以单轴压缩条件下砂岩耗散能的时空分布为例阐述本发明具体如下：

(1)确定单轴压缩试验装置

单轴试验机加载方式为速度为0.2mm/min的位移加载，试验过程中通过SH-II型声发射系统监测岩石声发射活动。本试验以2.5MHz的采样率将每个声发射波形数字化为2048个采样点，即每个声发射波的采样长度为0.8ms。为了保证声发射信号的信噪比，将前置放大器增益设置为40dB。门槛值被设置为略高于噪声水平的30dB。

(2)确定传感器坐标布置方式

如图2所示，12个Nano30声发射传感器被放置于试样的表面(图2中的黑色短圆柱体)，首先利用门槛值初步识别声发射波形的到时，再利用AIC信息准则优化声发射波的到时提取结果。在假设岩石是各向同性的条件下，利用基于最小二乘法的Geiger优化迭代组合定位算法对声发射源进行定位。根据断铅试验获得的声发射源定位误差在3.5mm以内。

(3)获取岩石的物理力学参数

弹性模量和泊松比通过单轴压缩试验确定，剪切模量及II型断裂韧度通过直剪试验确定，摩擦系数由内摩擦角的正切值计算得到，内摩擦角由三轴压缩试验确定，P波及S波速分别由波速测试得到，具体参数如表1所示。

表1砂岩物理力学参数

(4)耗散能量化计算并绘制耗散能时空分布云图

基于声发射监测结果，对岩石破坏过程中的耗散能进行量化计算并对量化结果进行修正，利用能量参数云图可视化方法，如图1a和1b所示，对砂岩在单轴压缩过程中的总耗散、动能、摩擦能、表面能分别进行可视化处理，如图3、4、5、6所示，得到耗散能时空分布云图。

其中，σ_c为岩石的单轴抗压强度，图3中(a)、(b)、(c)、(d)分别表示不同加载时刻的总耗散能的能量分布云图。图4中(a)、(b)、(c)、(d)分别表示不同加载时刻的表面能的能量分布云图。图5中(a)、(b)、(c)、(d)分别表示不同加载时刻的摩擦耗能的能量分布云图。图5中(a)、(b)、(c)、(d)分别表示不同加载时刻的动能的能量分布云图。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在岩石/工程现场安装声发射/微震监测系统，监测岩石/岩体破坏过程中的声发射/微震定位信息以及波形信息；

步骤2、从声发射波形信息中提取初动振幅、进行矩张量反演、解算破裂面张拉角；

步骤3、将裂纹形成过程中的不可逆耗散能简化为裂纹形成或错动过程中释放的动能、裂纹错动过程中的摩擦耗能以及形成新裂纹耗散的表面能，基于矩张量反演结果分别对其量化计算；

步骤4、基于声发射可用率对步骤3中的动能进行修正，基于裂纹体积比对步骤3中的摩擦耗能、表面能进行修正；

步骤5、基于以上步骤对耗散能的量化结果，利用云图的形式来表现耗散能的空间分布，并通过不同时刻的能量空间分布来再现能量耗散的时空分布。

2.如权利要求1所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，所述步骤1中声发射/微震监测系统中声发射传感器数量多于8个，提高矩张量反演计算的数据样本量。

3.如权利要求1所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1：提取初动振幅，解算矩张量特征值；

步骤2.2：获得特征值后，解算破裂面的运动向量和法向量：

步骤2.3：根据破裂面的运动向量和法向量，解算破裂面张拉角。

4.如权利要求1所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3.1：对裂纹形成或错动过程中释放的动能进行量化计算；

通过矩张量反演方法确定裂纹对应的张拉角，利用张拉角计算声发射源的辐射花样系数，实现对声发射辐射总能量的量化，也就是对裂纹形成或错动过程中释放的动能进行量化；

其中，U^k为裂纹形成或错动过程中释放的动能；U_iC为裂纹i形成过程中声发射源的辐射总能量；P和SH、SV分别为声发射纵波和横波；ρ为岩石的密度；V_C为P或S波的波速；R_Cij为裂纹i在声发射传感器j方向上的辐射系数；<R_Ci>为裂纹i对应的平均辐射系数；L_ij为裂纹i的位置与传感器j间的距离；J_Cij为裂纹i在辐射系数为R_Cij的方向上的辐射能量通量，可通过对声发射传感器j采集到的声发射波并进行积分获得；N为裂纹总数；

步骤3.2：根据裂纹错动过程中在各个方向的位移量，根据下式对裂纹错动过程中的摩擦耗能进行量化计算：

其中，U^f为裂纹错动过程中的摩擦耗能，a_i为裂纹i对应的半径，μ_f为裂纹面的摩擦系数，σ_ni为裂纹i上的法向应力，

为裂纹i在平行其所在平面方向上发生的平均错动位移量，M_1i，M_2i，M_3i分别为裂纹i的矩张量特征值，γ_i为裂纹i的张拉角，λ和μ为岩石的拉梅常数；

步骤3.3：由总耗散能减去动能与摩擦耗能的方式，根据下式对形成新裂纹耗散的表面能进行量化计算：

其中，U^s为形成新裂纹耗散的表面能，ρ为岩石密度，J_ui为当L_ij和裂纹i诱发的声发射P波、SH波、SV波在传感器j方向上的辐射花样系数都等于1时的辐射能量通量。

5.如权利要求4所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，步骤4所述的耗散能量化结果进行修正，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤4.1：利用声发射可用率实现对裂纹形成或错动过程中释放的动能的计算结果进行修正：

步骤4.2：利用裂纹体积比对裂纹错动过程中的摩擦耗能的技术结果进行修正；

步骤4.3：利用裂纹体积比对形成新裂纹耗散的表面能的量化结果进行修正。

6.如权利要求5所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，所述步骤4.1具体为：

步骤4.11：通过将声发射可用率取对数，并将其与声发射波能量对数间的关系进行线性函数拟合，可得到岩石破裂过程中声发射波能量与声发射可用率间的统计关系：

lgR'＝0.3499lgJ-0.6884 (17)

其中，R'为声发射可用率；J为声发射波的能量；

步骤4.12：某一裂纹的声发射可用率通过该裂纹诱发的多个声发射波的平均声发射可用率来估算：

其中，

为裂纹i的声发射可用率；J_ij为裂纹i释放的被声发射传感器j接收到的能量通量；N’为接收到裂纹i释放声发射波的传感器数；

步骤4.13：将声发射可用率代入式(5)，可得修正后的裂纹形成或错动过程中释放的动能：

其中，U^k1为修正后的裂纹形成或错动过程中释放的动能。

7.如权利要求5所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，所述步骤4.2具体为：

步骤4.21：根据下式计算裂隙体积比：

步骤4.22：由于R_V'远小于1，利用系数R_V'对矩张量进行修正，在考虑修正系数的情况下修正后的裂纹错动过程中的摩擦耗能为：

其中，U^f1为修正后的裂纹错动过程中的摩擦耗能。

8.如权利要求5所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，所述步骤4.3具体为：

4.31：在考虑修正系数的情况下，对岩石受载变形过程中裂缝总耗散能进行修正：

其中，U^w1为修正后的总耗散能；

4.32：根据修正后的总耗散能、修正后的裂纹形成或错动过程中释放的动能、修正后的裂纹错动过程中的摩擦耗能计算修正后的形成新裂纹耗散的表面能：

其中，为U^s1修正后的形成新裂纹耗散的表面能。

9.如权利要求1所述的所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，所述步骤5具体为：

利用云图的形式来表现耗散能的空间分布，并通过不同时刻的能量空间分布来再现能量耗散的时空分布，岩石中任意剖面上任一点的能量密度云图计算方法为将剖面离散为间隔为l的网格点，设置搜索区域为圆柱形，搜索半径及搜索宽度分别为r_s与h_s，则各网格点对应的能量密度值U^c可以用搜索区域包含的裂纹耗散能计算，表达式如下：

式中：i为搜索区域内的裂纹的个数；U^c为对应能量耗散途径的能量耗散量，c＝d，k，f，s。

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