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《岩土力学》2017,(Z2):1-8
利用纤维束模型(FBM)模拟非均质材料破坏动力学行为,在实验室内进行了砂岩力控制单轴压缩声发射(AE)试验。将纤维束模型纤维断裂与砂岩声发射类比分析发现,低应力阶段纤维束模型对偶发的雪崩过程敏感性低,但在高应力阶段纤维束模型能够很好地表征应力控制单轴压缩砂岩声发射特征;雪崩尺寸的模拟和试验结果都呈现双幂形式,具有相似的双幂指数和转换点;模拟和试验结果都以纤维束模型为基础和声发射反映固体内部损伤为前提,固体的破裂失稳满足二阶相变特征,且分叉率ξ是符合描述二阶相变的连续序参量;在临界点附近针对分支率演化(固体破裂相变)过程概率理论、纤维束模拟与声发射试验结果一致,可见纤维束模型能较好地模拟岩石声发射行为进而反映岩石损伤断裂过程。 相似文献
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直接互相关在岩石声发射源定位中,会出现多次峰值与波形密集的问题,在求解过程中会出现无解的情况且定位精度不足,为了解决这些问题,提出一种基于全相位快速傅里叶变换（FFT）分析及多次互相关的岩石声发射源定位的算法。通过对50 mm×100 mm×50 mm的花岗岩进行断铅试验,利用小波变换对互相关分析的频谱进行预处理,同时发挥全相位FFT的相位不变性的优点,找出波形峰值,得到时间差,最后利用最小二乘法得到定位初始点,再通过Geiger迭代,得到最终定位坐标。在选取8个测点的基础上,经声发射监测试验结果表明：该方法比单独直接互相关更容易找到波峰,且波形清晰,初始点的选择有效解决了Geiger迭代法对初始值要求严格的问题,通过全相位分析及多次互相关计算,然后Geiger程序迭代,得到的定位结果比直接互相关精度更高,平均绝对误差比美国生产PCI–2型声发射仪器Geiger定位的结果低 2.40 mm,比基于多次互相关和Geiger算法的声发射源定位结果低3.31 mm,比全相位相位差法声发射测试时间延迟定位结果低1.74 mm 。 相似文献
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针对岩石力学试验声发射时差定位算法中时延估计精度受诸多不确定因素的影响问题,提出全相位相位差法时延估计,通过小波分解与全相位频谱分析相结合求解相位差得到声发射信号的时延估计。利用小波分解找到不同传感器接收到的声发射信号中的同一主频的子带信号;对这些同一主频的子带信号分别做全相位频谱分析,得到每个子带信号中间样点的相位,再根据相位差与时间差的关系求出声发射信号到达不同传感器之间的时间差;进而利用时差定位法反演声发射源,实现了声发射源更精确的定位。在花岗岩（50 mm×100 mm×50 mm）上进行断铅试验,选取10个测点,经声发射监测验证结果表明,该时延估计方法能有效地减小声发射源定位的误差,提高声发射源的定位精度,平均绝对误差比美国PCI-2型声发射仪器定位结果提高约3 mm,该方法为反演声发射源提供了一种有效途径。 相似文献
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岩石破裂过程的声发射中大量的低能常规信号易将少量的高能关键信号特征规律淹没,不利于前兆特征分析和灾变预警。从岩石破裂失稳预警角度出发,以提取影响岩石结构稳定的关键破裂事件声发射信号为目标,提出了岩石破裂失稳关键特征信号的识别准则及其定义。构建了基于信号能量贡献率的岩石破裂关键事件声发射信号的优选方法,并针对花岗岩、大理岩、煤岩和粉砂岩进行了岩石破坏失稳的声发射监测试验验证。试验结果表明,新方法能有效提取岩石破裂过程中影响岩石整体稳定的关键声发射信号,具有一定的普适性。着重从声发射事件率突降、相对平静期和累计能量急升跃阶等前兆特征对优选后岩石破裂关键特征信号进行了一致性检验。检验结果表明,优选后的关键特征信号与上述前兆特征高度一致,并能够有效地提高后期声发射特征参数计算效率,方法有效可行。 相似文献
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脆性对岩石破裂机制及声发射特性具有重要影响。采用花岗岩及大理岩两种不同岩性的岩石,开展了单轴压缩及声发射测试试验,获取了两种岩石的强度及变形特性,并对其脆性大小进行定量评价,分析了单轴压缩过程中两种岩石声发射能量演化特性,结合声发射b值计算结果及其物理意义,对比了两种岩石破裂机制的差异性。结果表明:(1)试验所采用的两种岩石,花岗岩的σcd/σp之比介于0.676~0.745之间,平均为0.706,而大理岩的σcd/σp之比介于0.439~0.615,平均为0.52;(2)基于脆性评价指标,结合试样宏观破坏现象及形态,本次试验采用的花岗岩其脆性大于大理岩;(3)岩石脆性程度越大,在裂纹不稳定扩展阶段,在产生相同的轴向压缩变形的情况下,环向变形量越大;(4)强脆性的花岗岩在裂纹不稳定扩展阶段持续出现高能级的声发射信号,而弱脆性的大理岩则表现出能量持续降低的变化趋势,峰值强度后,弱脆性的大理岩其高能级能量的声发射信号更活跃;(5)单轴压缩下,与大理岩相比,花岗岩破坏过程中大尺度的破裂事件所占比例较大。 相似文献
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本文主要研究花岗岩和砂岩两种脆性岩石的详细声发射特征。通过对花岗岩和砂岩样品进行单轴压缩试验,并在试验过程中监测样品破裂全程的声发射信号。对试验结果的分析包含了力学特性分析和声发射特性分析,声发射特性分析使用了多种参数:累积声发射计数、累积声发射能量、AF值、RA值、b值。研究主要获得了如下结果:（1）获取了岩石样品的变形参数与强度参数,并分析了其离散性;（2）岩石样品内部颗粒的胶结强度与结构的均匀性对累积声发射计数、累积声发射能量的影响;（3）需要通过进一步试验研究来确认采用AF和RA值来区分岩石类材料张拉和剪切裂纹模式的合理性及其阈值;（4）砂岩样品在接近破坏时,微裂缝活动仍然占据主导地位。文章对脆性岩石样品在单轴压缩条件下的力学特性和声发射特性进行了详尽细致的分析,发现了单轴压缩条件下脆性岩石的一些重要特性,为进一步的试验研究工作提供了基础。 相似文献
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为获取岩石在破裂过程中的动态应力场,首先进行室内物理试验获取声发射数据,在此基础上基于能量耗散原理,利用实测声发射信息建立起岩石细观损伤表征方程,并通过FLAC3D内嵌FISH语言进行二次开发,自动搜索声发射损伤影响范围内岩石单元并对其力学参数进行弱化,计算得到较为真实的岩石破裂动态应力场。结果表明,计算得到的岩石破裂应力场与实测结果有良好的对应关系,验证了岩石细观损伤表征方法的合理性。同时,获得的岩石动态破裂应力场不仅可以从岩石力学的角度解释破坏产生的原因,也对预测岩石下一步破坏具有指导意义。但这种方法仍具有一定的局限性,需要进一步的探索研究。 相似文献
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岩石应力应变全过程的声发射及分形与混沌特征 总被引：2，自引：0，他引：2
试验研究了岩石应力-应变全过程的声发射特征,得到岩石试件在初始压密和弹性阶段撞击数少、能量低、振幅小、无事件数产生;应变硬化阶段撞击数骤增、能量高、振幅大、有大量事件数产生;应变软化阶段撞击数骤减、能量低、振幅小、有事件产生。因岩石每个变形阶段产生的声发射特征不同,则可以用声发射方法研究岩石的微观损伤演化和预测现场工程岩体的宏观断裂失稳过程。根据岩石声发射损伤三维定位的试验研究结果,其损伤的发展具有分形特征和统计自相似性,且岩石声发射事件数的演化过程可以用触发-生长-触发的链式生长模型来描述,通过事件数可以观察岩石微裂纹的演化过程,且岩石微裂纹的演化可用Logistic方程来描述,因而岩石的损伤演化具有分叉和混沌特征。 相似文献
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《岩土力学》2017,(8):2189-2197
通过单轴压缩条件下的声发射试验,分析了蚀变花岗片麻岩破坏过程中声发射事件的演化规律,研究发现:对于多数试件,高能级声发射事件的首次出现可作为岩石处于高应力水平的标志,中能级声发射事件在试件空间内形成贯通分布可作为岩石应力水平进一步上升的标志,最后贯通区出现高能级声发射事件可作为岩石破坏的前兆现象;发生脆性破坏的试件,不会出现中能级声发射事件在试件空间内形成贯通分布的现象;对于含弱区的试件,首个高能级声发射事件会出现于低应力水平,此时岩石内声发射事件呈条带状密集分布于高能级声发射事件周围,其他区域的声发射事件少、能级低。以上研究为利用声发射信息识别岩石应力水平及评价岩石稳定性提供了试验依据。 相似文献
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Abdul-Lateef Balogun Fatemeh Rezaie Quoc Bao Pham Ljubomir Gigović Siniša Drobnjak Yusuf A. Aina Mahdi Panahi Shamsudeen Temitope Yekeen Saro Lee 《地学前缘(英文版)》2021,12(3):101104
In this study, we developed multiple hybrid machine-learning models to address parameter optimization limitations and enhance the spatial prediction of landslide susceptibility models. We created a geographic information system database, and our analysis results were used to prepare a landslide inventory map containing 359 landslide events identified from Google Earth, aerial photographs, and other validated sources. A support vector regression (SVR) machine-learning model was used to divide the landslide inventory into training (70%) and testing (30%) datasets. The landslide susceptibility map was produced using 14 causative factors. We applied the established gray wolf optimization (GWO) algorithm, bat algorithm (BA), and cuckoo optimization algorithm (COA) to fine-tune the parameters of the SVR model to improve its predictive accuracy. The resultant hybrid models, SVR-GWO, SVR-BA, and SVR-COA, were validated in terms of the area under curve (AUC) and root mean square error (RMSE). The AUC values for the SVR-GWO (0.733), SVR-BA (0.724), and SVR-COA (0.738) models indicate their good prediction rates for landslide susceptibility modeling. SVR-COA had the greatest accuracy, with an RMSE of 0.21687, and SVR-BA had the least accuracy, with an RMSE of 0.23046. The three optimized hybrid models outperformed the SVR model (AUC = 0.704, RMSE = 0.26689), confirming the ability of metaheuristic algorithms to improve model performance. 相似文献
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L. G. Tham H. Liu C. A. Tang P. K. K. Lee Y. Tsui 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2005,38(1):1-19
Summary To understand the failure mechanism of quasi-brittle materials like rock under tensile stress, observations on the failure process of granite and marble plate specimens under tension are summarized and presented. Micro- and macro-failure properties of rock plates under uniaxial tension have been characterized by using an acoustic emission technique. Acoustic emission signals associated with micro-fractures are captured to locate the sources. An algorithm based on arrival time difference is developed for this purpose. The results reveal clearly the failure processes of rock which include initiation, nucleation and propagation of micro-fractures when the axial stress is close to the peak strength of rock. It is believed that the difference in heterogeneity between granite and marble specimens leads to different fracture shapes and different behaviors of associated acoustic emissions. Numerical simulation of acoustic emissions for two-dimensional tensile test is also carried out. The simulated characteristics are in good agreement with the experimental results. 相似文献
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利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统及声发射（AE）三维定位实时监测系统,对4种不同粒径北山花岗岩进行断裂韧度试验,系统研究了不同粒度北山花岗岩的断裂力学行为及声发射特征。在三点弯曲试验条件下,北山花岗岩峰值过后断面还具有较大的承载面积。粒径越大,其峰值载荷越低,且屈服载荷所占峰值荷载百分比越小,断裂韧度值越小;粒径越大其破坏过程中的总变形量越大,且加载末期承载能力越高。细粒及中细粒岩样声发射事件最早出现于拉应力较大的尖端下部,而强度相对较小的粗粒及中粗粒岩样声发射事件最早出现于受点荷载的上端部。声发射事件集中出现于裂纹稳定扩张阶段,这一阶段为岩石断裂的最主要阶段。粒径越大,声发射事件越多,且整个断面分布越广泛。 相似文献
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Jian Zhou Yingui Qiu Danial Jahed Armaghani Wengang Zhang Chuanqi Li Shuangli Zhu Reza Tarinejad 《地学前缘(英文版)》2021,(3):201-213
A reliable and accurate prediction of the tunnel boring machine(TBM) performance can assist in minimizing the relevant risks of high capital costs and in scheduling tunneling projects.This research aims to develop six hybrid models of extreme gradient boosting(XGB) which are optimized by gray wolf optimization(GWO), particle swarm optimization(PSO), social spider optimization(SSO), sine cosine algorithm(SCA), multi verse optimization(MVO) and moth flame optimization(MFO), for estimation of the TBM penetration rate(PR).To do this, a comprehensive database with 1286 data samples was established where seven parameters including the rock quality designation, the rock mass rating, Brazilian tensile strength(BTS), rock mass weathering, the uniaxial compressive strength(UCS), revolution per minute and trust force per cutter(TFC), were set as inputs and TBM PR was selected as model output.Together with the mentioned six hybrid models, four single models i.e., artificial neural network, random forest regression, XGB and support vector regression were also built to estimate TBM PR for comparison purposes.These models were designed conducting several parametric studies on their most important parameters and then, their performance capacities were assessed through the use of root mean square error, coefficient of determination, mean absolute percentage error, and a10-index.Results of this study confirmed that the best predictive model of PR goes to the PSO-XGB technique with system error of(0.1453, and 0.1325), R~2 of(0.951, and 0.951), mean absolute percentage error(4.0689, and 3.8115), and a10-index of(0.9348, and 0.9496) in training and testing phases, respectively.The developed hybrid PSO-XGB can be introduced as an accurate, powerful and applicable technique in the field of TBM performance prediction.By conducting sensitivity analysis, it was found that UCS, BTS and TFC have the deepest impacts on the TBM PR. 相似文献
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滑坡灾害发生前夕,滑体内的局部岩土体发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生次声波向外传播,基于次声信号的超前定位成为滑坡监测预警的关键技术。将波动方程通过傅里叶变换到亥姆霍兹方程,利用汉克尔变换得到波动方程的核函数,建立了基于简正波的地质声场模型,仿真分析了土层与空气、土层与岩层之间反射折射关系;提出滑坡次声信号的简正波模型匹配场超前定位算法,将垂直接收阵的测量次声信号与传播模型的拷贝次声信号进行相关匹配计算,搜索计算得到模糊函数最大值处的坐标定位为声源点,并采用12元垂直接收阵仿真分析3种匹配场算法性能,发现可变系数似然匹配场算法具有旁瓣小、定位准确的优点,可应用于滑坡定位技术;将垂直接收阵置于空气层中、土层中不同位置发现,土层中的垂直阵能够精确定位,而空气中误差较大;并将该算法应用于滑坡超前定位,定位了滑体的局部破坏位置和预测滑移线。该算法为滑坡超前定位技术提供了新的思路。 相似文献
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为了揭示薄层状岩体单层厚度对裂纹扩展路径的影响,利用ABAQUS软件进行数值模拟,对含预制裂纹的不同单层厚度的层状岩体进行三点弯曲数值试验,岩体试样长度和宽度一定（512 mm×128 mm）,分5种不同的单层厚度建模,单层厚度分别为:64 mm、32 mm、16 mm、8 mm、4 mm。提取破裂过程中的声发射信息及主裂纹路径参数,对比分析不同层理厚度时,岩体的峰值载荷、声发射事件数、累计声发射事件数、主裂纹长度等对单层厚度的变化规律。研究结果表明:（1）薄层状岩体的强度与单层厚度有一定关系,单层厚度越大,岩体的抗弯强度越小,并且这种变化是非线性的。（2）在不同层厚条件下,层理面均表现出了阻止裂纹向上扩展的效果。同时,裂纹在层状岩体中的扩展是不连续的,裂尖沿层理面发生了水平迁移,整体呈现阶梯状。（3）在三点弯曲条件下,随着单层厚度的减小,岩体破裂时的裂纹总长度先增大后减小。（4）裂纹在岩体层面扩展时破裂类型多为滑移与拉张破裂的组合,而在非层理面的岩体内部扩展时,以拉张破裂为主。（5）薄层状岩体在三点弯曲条件下,声发射事件在岩体的压密阶段几乎没有出现,直至接近峰值载荷时才大量涌现。到了载荷快速下降时,单位时间的声发射事件数也达到最大。研究结果将对预测层状岩石的裂缝演化提供依据。 相似文献
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开挖与支护应力路径下硬岩破坏过程的真三轴与声发射试验研究 总被引：2，自引：2，他引：0
针对硬岩的脆性破坏问题,利用真三轴和声发射（AE）试验系统研究了灰岩试样在不同应力路径和应力水平下的力学特征与变形破坏机理、AE活动特征及能量释放规律。试验研究表明：（1）开挖卸荷应力路径下,试样强度受卸荷作用影响较大,且随中间主应力呈区间性变化,试样以脆性劈裂破坏为主;（2）开挖卸荷+支护的应力路径下,支护力显著改善了岩石的力学性质,破坏形式以张剪性破坏为主;（3）试样AE活动过程可以分为三个活跃期（裂隙压密阶段、卸荷阶段和失稳-破坏阶段）和两个相对平静期（弹性变形阶段和微破裂稳定发展阶段）,AE信号表征参数“absolute energy”作为能量度量指标能够较好地定量描述和研究硬岩的脆性破坏过程。试验结果和许多工程开挖和支护过程中岩体的力学行为和支护作用类似,可为工程现场开挖支护设计提供试验依据和有益指导。 相似文献