本文關鍵詞：飽水粉砂巖破裂失穩(wěn)的紅外溫度突變前兆及SVM預警模型

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【摘要】：巖石破裂發(fā)育可能引起紅外溫度場突變,而巖石破裂失穩(wěn)過程的紅外溫度瞬時變化異常特征卻鮮有研究。為探尋巖石破裂失穩(wěn)的紅外溫度突變前兆,進行了50°C水浸透粉砂巖單軸壓縮過程的紅外-聲發(fā)射同步監(jiān)測實驗,以熱圖像序列小時步差分處理為特色,通過紅外溫度場突變信息提取和分析、紅外溫變場(ITVF)統(tǒng)計分析,對巖石破裂失穩(wěn)過程的紅外溫度瞬時變化異常特征進行了重點研究,并融合多源紅外監(jiān)測數(shù)據(jù),建立了基于SVM的巖石失穩(wěn)預警模型。主要研究內容及成果如下:(1)基于閾值理論,通過直接提取紅外溫度突變信息,探尋巖石破裂失穩(wěn)的紅外溫度突變前兆。結果表明:熱圖像序列小時步差分處理方法可抑制環(huán)境因素的干擾,突出由巖石破裂發(fā)育造成的紅外溫度突變信息;臨破裂粉砂巖紅外溫度存在紅外溫度突變異常前兆,包括突升異常、突降異常、突變點量異常、突變極值異常前兆;紅外溫度突變極值異常和突變點量異常呈正相關;紅外溫度突升異常和突降異常呈負相關;四種形式的紅外溫度突變異常前兆可相互驗證,相互補充,對提高巖石受力災變預測的可靠性和準確性具有一定理論意義。(2)紅外溫度突變可能導致ITVF統(tǒng)計分布異常,在提出“紅外溫變場(ITVF)”概念的基礎上,從統(tǒng)計分布角度探尋巖石破裂失穩(wěn)的紅外溫度突變前兆。結果表明:飽水粉砂巖破裂失穩(wěn)過程中ITVF的特征參數(shù)(極差R、峰度K、突變比率MR)存在陡增的突變異常;3指標異常主要集中于峰后破裂階段,趨于在壓力降顯現(xiàn)時刻伴隨出現(xiàn);該異常可解釋為,當變形進入塑性-峰后破裂階段,試件表面破裂加劇發(fā)育引起紅外溫度場突變,一方面使得紅外溫變速率大幅度向極大或極小值方向遷移,導致R值出現(xiàn)突增異常;另一方面使得ITVF異常值的數(shù)量突然增加,引起K、MR發(fā)生陡增異常。該研究為探尋巖石災變的紅外異常前兆提供了新思路和新方法。(3)在多角度探尋巖石破裂失穩(wěn)的紅外異常前兆的基礎上,選取ITVF的極差(R)和峰度(K)兩個指標,選定RBF為核函數(shù),采用粗細雙重網格搜索交叉檢驗的方法確定最優(yōu)參數(shù)組合(C,σ),融合多源監(jiān)測數(shù)據(jù)構建了基于SVM理論的巖石失穩(wěn)紅外預警模型。結果表明:對ITVF特征參數(shù)序列而言,均值化變換方法適用于原始數(shù)據(jù)的預處理;根據(jù)紅外監(jiān)測數(shù)據(jù)建立的訓練樣本集屬于不均衡訓練集,基于分區(qū)隨機取點的欠抽樣方法,可實現(xiàn)不均衡訓練集的均衡化,優(yōu)化分類器性能;通過檢驗,所建預警模型具有較強的學習能力和外推能力,非常適合巖石破裂災變的紅外異常信號識別預警。該研究對提高地壓預警精準度,保障礦山生產安全具有重要的理論指導意義。
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD315

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