CN115856092B - 基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法，属于岩体损伤预测技术领域，具体为：获取原始声发射和应力数据，记录峰值应力并进行平滑化处理；计算声发射曲线上每个数据点的位移常数；通过位移常数得到变换后的数据；确定初始点、上限坐标和下限坐标；绘制线性参考线，计算参考线和声发射曲线之间每个应力值的声发射累计计数的差值，获得最大差值对应的点；对应的点对应的应力水平为岩石裂纹起裂应力值。采用上述一种基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法，以对加载过程中岩石损伤进行定量分析，从而解决现有确定方法不能客观地反映岩石初始损伤的状况以及确定结果误差大的问题。

Description

基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法
技术领域
本发明涉及岩体损伤预测技术领域，尤其是涉及基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法。
背景技术
准确理解并正确描述地下岩石工程围岩的裂纹起裂阈值，对工程建设和运营中岩爆、冒顶、剥落和坍塌等灾害的预测预报具有重要的实际意义。为了预测岩石损伤的起始，现有技术通过基于应变的方法，如横向应变法、裂纹体积应变法等。此外，基于对监测数据的分析，也提出了一些现象学标准及裂纹起裂或损伤起始阈值方法，如声发射振铃计数法等。但是，目前这些岩石损伤表征方法在应用于大量数据分析时的可靠性和可重复性较差。因此，亟需一种可靠的岩体损伤预测方法。
发明内容
本发明的目的是解决上述背景技术存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法，具体步骤如下：
步骤S1：获取原始声发射和应力数据，记录峰值应力，并绘制轴向应力-声发射累计计数平面图；
步骤S2：对原始数据进行平滑化处理；
步骤S3：计算应用于声发射曲线上每个数据点的位移常数；
步骤S4：将声发射曲线上的每个数据点减去位移常数得到变换后的数据；
步骤S5：确定初始点和上限坐标；
步骤S6：通过在上限坐标和初始点坐标之间绘制直线来确定下限坐标；
步骤S7：在上限坐标和下限坐标之间绘制一条线性参考线，计算参考线和声发射曲线之间每个应力值的声发射累计计数的差值，获得最大差值对应的点；
步骤S8：与计算得到的最大声发射累计计数差值相对应的应力水平为岩石裂纹起裂应力值。
优选的，平滑处理具体为采用移动平均方法，移动跨度设置为峰值应力60%~80%时声发射累计计数数量的12%~16%，得到平滑后的数据。
优选的，计算位移常数具体为：
记录峰值应力10%~30%和50%~70%时的声发射累计计数，并计算应用于声发射曲线上每个数据点的位移常数M i,j ，计算公式如下：
Figure SMS_1
其中，
Figure SMS_2
为待评估样本数据峰值应力的i倍时的声发射累计计数，i= 10%~30%；/>
Figure SMS_3
为待评估样本数据峰值应力的j倍时的声发射累计计数，j= 50%~70%；a和b为修正系数。
优选的，在步骤S5中，选择峰值应力10%~30%的点为初始点，声发射曲线上初始点和峰值应力之间的数据点与原点能形成最小角度的点确定为上限坐标。
优选的，上限坐标和初始点坐标之间绘制直线，绘制直线在声发射曲线上对应于形成最小正斜率的数据点即为下限坐标。
因此，本发明采用上述一种基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法，以对加载过程中岩石损伤进行定量分析，从而解决现有确定方法不能客观地反映岩石初始损伤的状况以及确定结果误差大的问题。同时容易实现，即方法可以很容易地在数学分析软件中进行编程和实现预期功能。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法流程图；
图2为本发明轴向应力-声发射累计计数平面图；
图3为本发明平滑处理后的数据图；
图4为本发明变换后的数据图；
图5为本发明初始点确定图；
图6为本发明上限坐标确定图；
图7为本发明下限坐标确定图；
图8为本发明最大累积声发射计数差值的确定图；
图9为本发明岩石裂纹起裂应力值的确定图。
具体实施方式
实施例
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图，对本发明的实施方式作详细说明。
参考图1，一种基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法，具体步骤如下：
步骤S1：获取原始声发射和应力数据，记录峰值应力，并绘制轴向应力-声发射累计计数平面图，如图2所示。
步骤S2：对原始数据进行平滑化处理。
平滑处理具体为采用移动平均方法，移动跨度设置为峰值应力70%时声发射累计计数数量的14%，得到平滑后的数据，如图3所示。
步骤S3：计算应用于声发射曲线上每个数据点的位移常数。计算位移常数具体为：
记录峰值应力20%和60%时的声发射累计计数，并计算应用于声发射曲线上每个数据点的位移常数M 20,60，计算公式如下：
Figure SMS_4
其中，
Figure SMS_5
为待评估样本数据峰值应力20%时的声发射累计计数；/>
Figure SMS_6
为待评估样本数据峰值应力60%时的声发射累计计数；a和b为修正系数。
步骤S4：将声发射曲线上的每个数据点减去位移常数得到变换后的数据，如图4所示。
步骤S5：确定初始点和上限坐标。如图5和6所示，选择峰值应力20%的点为初始点，声发射曲线上初始点和峰值应力之间的数据点与原点能形成最小角度的点确定为上限坐标。
步骤S6：通过在上限坐标和初始点坐标之间绘制直线来确定下限坐标。如图7所示，上限坐标和初始点坐标之间绘制直线，绘制直线在声发射曲线上对应于形成最小正斜率的数据点即为下限坐标。
步骤S7：在上限坐标和下限坐标之间绘制一条线性参考线，计算参考线和声发射曲线之间每个应力值的声发射累计计数的差值，获得最大差值对应的点，如图8所示。
步骤S8：与计算得到的最大声发射累计计数差值相对应的应力水平为岩石裂纹起裂应力值，如图9所示。
因此，本发明采用上述一种基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法，以对加载过程中岩石损伤进行定量分析，从而解决现有确定方法不能客观地反映岩石初始损伤的状况以及确定结果误差大的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤S1：获取原始声发射和应力数据，记录峰值应力，并绘制轴向应力-声发射累计计数平面图；
步骤S2：对原始数据进行平滑化处理；
步骤S3：计算应用于声发射曲线上每个数据点的位移常数，计算位移常数具体为：
记录峰值应力10％～30％和50％～70％时的声发射累计计数，并计算应用于声发射曲线上每个数据点的位移常数Mi,j，计算公式如下：
Figure FDA0004196234000000011
其中，Ni为待评估样本数据峰值应力的i倍时的声发射累计计数，i＝10％～30％；Nj为待评估样本数据峰值应力的j倍时的声发射累计计数，j＝50％～70％；a和b为修正系数；
步骤S4：将声发射曲线上的每个数据点减去位移常数得到变换后的数据；
步骤S5：确定初始点和上限坐标，在步骤S5中，选择峰值应力10％～30％的点为初始点，声发射曲线上初始点和峰值应力之间的数据点与原点能形成最小角度的点确定为上限坐标；
步骤S6：通过在上限坐标和初始点坐标之间绘制直线来确定下限坐标，上限坐标和初始点坐标之间绘制直线，绘制直线在声发射曲线上对应于形成最小正斜率的数据点即为下限坐标；
步骤S7：在上限坐标和下限坐标之间绘制一条线性参考线，计算参考线和声发射曲线之间每个应力值的声发射累计计数的差值，获得最大差值对应的点；
步骤S8：与计算得到的最大声发射累计计数差值相对应的应力水平为岩石裂纹起裂应力值。
2.根据权利要求1所述的一种基于声发射数据和应力数据确定岩石裂纹起裂应力的方法，其特征在于：平滑处理具体为采用移动平均方法，移动跨度设置为峰值应力60％～80％时声发射累计计数数量的12％～16％，得到平滑后的数据。
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