本文選題：聲發(fā)射　切入點(diǎn)：Kaiser效應(yīng)　出處：《重慶大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：由于采礦、水利水電、土木建筑、鐵道、公路等工程需要,如何準(zhǔn)確的測(cè)定地應(yīng)力一直以來(lái)都是一個(gè)重要的課題。近年來(lái),一方面在采礦、地下工程等方面進(jìn)一步走向深部,另一方面,地下工程建設(shè)周邊環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜,這對(duì)常規(guī)原位測(cè)量地應(yīng)力的方法帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。不少學(xué)者另辟蹊徑開(kāi)始研究原位取樣、實(shí)驗(yàn)室求值的方法。其中巖石聲發(fā)射的凱塞效應(yīng)(Kaiser effect)測(cè)定地應(yīng)力的方法,因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)、便捷,發(fā)展?jié)摿涫荜P(guān)注。但在利用Kaiser效應(yīng)測(cè)定地應(yīng)力的實(shí)踐中,很多問(wèn)題一直都沒(méi)得到較好解決,阻礙了該方法的推廣。其中較為突出的問(wèn)題就是關(guān)于試驗(yàn)Kaiser點(diǎn)是否能準(zhǔn)確反映地應(yīng)力的問(wèn)題。研究表明,試驗(yàn)Kaiser點(diǎn)一方面可能由于試驗(yàn)本身會(huì)產(chǎn)生偏差,另一方面由于試驗(yàn)曲線拐點(diǎn)不明顯也會(huì)因人為選擇不準(zhǔn)確而產(chǎn)生偏差。Kaiser點(diǎn)的準(zhǔn)確性直接影響巖石聲發(fā)射成果的應(yīng)用試驗(yàn),也影響該技術(shù)在實(shí)際工程中的推廣。針對(duì)巖石聲發(fā)射Kaiser點(diǎn)問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究工作,但大多數(shù)均建立在聲發(fā)射參數(shù)分析的基礎(chǔ)上,一個(gè)聲發(fā)射脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)聲發(fā)射計(jì)數(shù)(該脈沖信號(hào)超過(guò)系統(tǒng)閾值),而信號(hào)本身蘊(yùn)含的信息卻往往被忽略。本文研究技術(shù)核心就是基于波形分析思想,分析Kaiser點(diǎn)(或其它特殊點(diǎn))的瞬時(shí)信號(hào)特征,并以此為基礎(chǔ)判斷試驗(yàn)Kaiser點(diǎn)真?zhèn)尾?duì)偽Kaiser點(diǎn)進(jìn)行修正。最后延伸討論了巖石聲發(fā)射試驗(yàn)的浮動(dòng)閾值。本文所作主要工作和結(jié)論如下:(1)巖石聲發(fā)射試驗(yàn)試驗(yàn)樣本全部選擇砂巖取自重慶市中梁山某采礦區(qū),按深度劃分為三個(gè)區(qū)段:70~130m為淺層段;130~230m為中層段;230~440m為深層段。采用PCI-2聲發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行。共取282組樣本(選擇其中60組)經(jīng)常規(guī)聲發(fā)射試驗(yàn)、循環(huán)加載試驗(yàn)、驗(yàn)證試驗(yàn)等三步進(jìn)行,試驗(yàn)結(jié)果作為本文的樣本依據(jù)。(2)構(gòu)造巖石聲發(fā)射信號(hào)的專用小波基函數(shù)選用波形與巖石聲發(fā)射原始信號(hào)相似的二階弱阻尼振動(dòng)單位脈沖函數(shù)作為小波構(gòu)造函數(shù)的基礎(chǔ)函數(shù)。提出構(gòu)造函數(shù)必須具有非周期性、由多個(gè)不同振幅不同形式的振動(dòng)函數(shù)組成、有突變信號(hào)并在之后迅速衰減三個(gè)構(gòu)造條件,經(jīng)論證改造最終確定基于巖石聲發(fā)射信號(hào)特征的構(gòu)造小波基函數(shù)。通過(guò)驗(yàn)證,構(gòu)造函數(shù)從與原始聲發(fā)射信號(hào)相似度比較值、信號(hào)保留的完整性、參數(shù)的實(shí)際意義等三方面均優(yōu)于通用小波基函數(shù)。(3)巖石聲發(fā)射Kaiser點(diǎn)瞬時(shí)信號(hào)頻段能量特征研究對(duì)樣本進(jìn)行常規(guī)聲發(fā)射試驗(yàn),首先找出各樣本的試驗(yàn)Kaiser點(diǎn),對(duì)比理論計(jì)算出大致應(yīng)力狀況;其次,對(duì)所有巖石樣本的聲發(fā)射試驗(yàn)Kaiser點(diǎn)瞬時(shí)信號(hào)進(jìn)行三層小波包分解,分析每個(gè)樣本Kaiser點(diǎn)信號(hào)頻段能量,發(fā)現(xiàn)巖石聲發(fā)射信號(hào)在937.5k Hz以下的低頻能量占該信號(hào)能量的絕大多數(shù),同時(shí)真正Kaiser點(diǎn)信號(hào)頻帶能量主要集中0~312.50k Hz頻率范圍內(nèi),非Kaiser點(diǎn)信號(hào)頻帶能量符合絕大部分集中在937.5k Hz以下低頻的特點(diǎn),但在0~312.50k Hz頻率中并不占總能量的大部分。(4)試驗(yàn)Kaiser點(diǎn)偏差修正研究試驗(yàn)得到Kaiser點(diǎn)可能存在很大偏差,通過(guò)推導(dǎo)分別明確了聲發(fā)射信號(hào)中,能量E與頻帶振幅、能量E與聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)、能量E與應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系,最終得到試驗(yàn)Kaiser點(diǎn)偏差修正函數(shù)。利用修正函數(shù),以試驗(yàn)樣本為例,分別進(jìn)行了正、逆向修正,并將最終修正后的Kaiser點(diǎn)進(jìn)行三層小波分解,確定其頻帶能量特征。(5)試驗(yàn)聲發(fā)射累積能量曲線無(wú)拐點(diǎn)問(wèn)題研究從能量曲線光滑原因開(kāi)始分析,提出在“高應(yīng)力”狀態(tài)下基于大裂紋的Kaiser點(diǎn)研究。利用裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子與應(yīng)力之間的關(guān)系推導(dǎo)得到巖石開(kāi)裂能量釋放率與裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系,最終得出巖石開(kāi)裂的過(guò)程就是一個(gè)裂紋巖石所儲(chǔ)存的應(yīng)變能向外釋放的過(guò)程,而應(yīng)力強(qiáng)度因子越大,裂紋能量釋放率也就越大的結(jié)論,并以試驗(yàn)樣本為例進(jìn)行了驗(yàn)證。(6)巖石聲發(fā)射試驗(yàn)的浮動(dòng)閾值研究為取得低能量點(diǎn)信號(hào),本文在雙閾值試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,得到浮動(dòng)閾值公式,建立了變化的閾值與荷載之間的關(guān)系。通過(guò)與固定閾值系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比發(fā)現(xiàn):采用浮動(dòng)閾值公式降噪的樣本,能正確反映Kaiser點(diǎn)信號(hào),同時(shí),在低能量點(diǎn)及低能量分布頻率段均有較高的信號(hào)保留,從信號(hào)保留的角度上看,優(yōu)于傳統(tǒng)的固定閾值(合理的固定閾值在對(duì)Kaiser點(diǎn)等高能量點(diǎn)進(jìn)行分析時(shí)準(zhǔn)確)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1661936