地下工程岩体破裂声发射参数表征研究与定位方法优化
发布时间：2020-12-30 04:52
声发射作为一种被动的无损监测手段,在地下工程中得到了较为广泛的应用,但也同样存在一定局限。针对这一情况,本文主要从声发射参数表征与破裂源定位两个方向,研究了地下工程岩体破裂声发射监测方法。在岩石破裂声发射参数表征研究中,本文通过对巴西劈裂试验过程中的声发射监测,验证了即使是宏观为张拉破坏的岩石破裂,在临近破坏阶段剪切破裂比例仍会增长的规律,并据此提出了基于声发射RA(上升时间RT与振幅A的比值)与AF(平均频率)的岩石破裂监测指标CV(r),并给出了相应的建议预警阈值CV(r)=1。通过巴西劈裂试验及华蓥山隧道掘进爆破过程中的现场监测,验证了该指标的可行性与优势,结果表明,这一指标在信号衰减的作用下反而能够得到偏安全的分析结果,抵抗衰减的能力较强,适用于作为地下工程声发射现场监测指标。通过隧道围岩声发射现场监测试验,对比了不同破裂源距离、不同参数选取、不同统计方法、不同安装方式等因素对参数分析结果的影响。其中,在华蓥山隧道中采用了原岩表面安装、初衬表面安装、锚杆端部安装等三种安装方式,在五老峰隧道中采用了原岩表面安装与钻孔内部安装等两种安装方式。根据分析结果可知,原岩表面安装与初衬表面...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 问题的提出
1.2 研究意义
2 国内外研究现状
2.1 地下工程岩体破裂失稳灾害监测方法
2.1.1 基于应力与位移指标的围岩稳定性监测
2.1.2 基于岩体损伤指标的岩体破坏程度监测
2.1.3 基于微震与声发射技术的岩体破裂信息监测
2.2 微震与声发射监测对比
2.3 地下工程声发射现场监测的主要研究方向
2.3.1 参数分析
2.3.2 波形分析
2.3.3 破裂源定位
2.3.4 破裂源机制分析
2.4 存在的主要问题
2.5 论文研究内容与技术路线
3 考虑衰减影响的岩石破裂声发射参数表征研究
3.1 声发射参数衰减规律
3.1.1 基本参数
3.1.2 统计参数
3.1.3 破裂机制分析参数
3.2 岩石破裂过程中RA与AF值变化规律
3.3 基于RA与AF值的花岗岩劈裂破坏参数表征
3.3.1 试验方案
3.3.2 声发射事件率监测及破裂源定位结果
3.3.3 花岗岩巴西劈裂过程中RA与AF值分布规律
3.3.4 花岗岩巴西劈裂过程中剪切破裂占比
3.3.5 衰减距离对不同参数指标的影响
3.3.6 CV（r）与b值分析结果
3.4 本章小结
4 隧道工程岩体破裂声发射监测方法及参数表征研究
4.1 工程背景与监测方案
4.1.1 渝广高速华蓥山隧道
4.1.2 建（个）元高速五老峰隧道
4.1.3 监测指标选取
4.1.4 传感器安装方式
4.2 信号传播距离对声发射参数分析结果的影响
4.2.1 不同距离下RA与AF值分布
4.2.2 不同距离下声发射参数随时间发展规律
4.3 统计方法对CV（r）分析结果的影响
4.3.1 变异系数统计方法
4.3.2 参数指标选取对统计结果的影响
4.4 传感器安装方式对声发射监测结果的影响
4.4.1 华蓥山隧道不同传感器安装方式下声发射监测结果对比
4.4.2 五老峰隧道钻孔内外声发射监测结果对比
4.4.3 不同传感器安装方式下声发射监测结果综合对比
4.5 本章小结
5 时差场搜索定位方法研究
5.1 时差场搜索定位算法基本原理
5.1.1 理论基础
5.1.2 定位过程
5.1.3 理论误差分析
5.2 真三轴水压致裂破裂定位
5.2.1 试验设备及试样制备
5.2.2 试验过程
5.2.3 试验结果与分析
5.3 声发射参数密度分析
5.3.1 参数密度计算方法
5.3.2 绝对能量密度与r值密度对比分析
5.4 本章小结
6 地下工程岩体破裂等效定位方法
6.1 等效定位方法基本原理
6.1.1 等效二维定位基本理论
6.1.2 等效一维定位基本理论
6.1.3 结构面控制型失稳等效定位方法辅助措施
6.1.4 应变控制型失稳等效定位方法辅助措施
6.2 五老峰隧道掌子面轻微岩爆等效定位
6.2.1 传感器安装方式与位置
6.2.2 声发射振铃计数率分布
6.2.3 掌子面声发射事件等效定位
6.3 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]五老峰隧道岩爆声发射参数特征研究[J]. 甘一雄,吴顺川,何一林,郑福润,李博文. 中国安全生产科学技术. 2020(04)
[2]基于RA与AF值的声发射指标在隧道监测中的可行性[J]. 吴顺川,甘一雄,任义,郑立夫. 工程科学学报. 2020(06)
[3]硬岩岩爆预测预警研究进展[J]. 李鹏翔,陈炳瑞,周扬一,肖亚勋,丰光亮,祝国强. 煤炭学报. 2019(S2)
[4]基于小波变换的岩石声发射信号分析[J]. 周忠良,杨和平. 现代矿业. 2019(04)
[5]基于凯瑟效应的小厂坝矿区地应力分布规律研究[J]. 焦满岱,刘涛. 中国矿业. 2019(03)
[6]岩爆孕育过程研究[J]. 冯夏庭,肖亚勋,丰光亮,姚志宾,陈炳瑞,杨成祥,苏国韶. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[7]基于三维快速扫描算法与到时差数据库技术的层状介质震源定位方法研究[J]. 郭超,高永涛,吴顺川,成子桥,张诗淮,韩龙强. 岩土力学. 2019(03)
[8]雅鲁藏布江缝合带深埋长大隧道群岩爆孕育及特征[J]. 严健,何川,汪波,蒙伟,吴枋胤. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[9]Acoustic emission characterization of microcracking in laboratory-scale hydraulic fracturing tests[J]. Jesse Hampton,Marte Gutierrez,Luis Matzar,Dandan Hu,Luke Frash. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018(05)
[10]弹性波在中粒砂岩内传播衰减特性分析[J]. 赵永川,杨天鸿,肖福坤,张鹏海,于庆磊,刘刚. 振动.测试与诊断. 2018(02)
博士论文
[1]硬脆性砂岩强度与变形特性研究[D]. 张诗淮.北京科技大学 2019
[2]考虑初始损伤效应的软岩巷道围岩时效变形损伤机理及控制对策研究[D]. 侯荣彬.中国矿业大学 2018
[3]基于声发射行为页岩压裂裂缝破裂方式演化研究[D]. 王婷婷.东北石油大学 2017
[4]基于矩张量理论的脆性岩石破裂机理研究[D]. 柴金飞.北京科技大学 2017
[5]微地震数值模拟及震源定位方法研究[D]. 张唤兰.西安科技大学 2014
[6]高速公路隧道施工全过程风险动态分析与反馈设计方法研究[D]. 刘靖.长安大学 2013
[7]应变岩爆实验的声发射本征频谱特征[D]. 贾雪娜.中国矿业大学（北京） 2013
[8]全相位数字信号处理[D]. 黄翔东.天津大学 2007
[9]地下工程开挖灾害预警系统的研究[D]. 方建勤.中南大学 2004
硕士论文
[1]基于声发射的花岗岩拉剪破裂识别方法研究[D]. 闫召富.广西大学 2018
[2]循环爆破荷载作用下隧道围岩振动衰减规律及累积损伤效应研究[D]. 洪陈超.辽宁工程技术大学 2017
[3]基于光纤光栅钻孔应力计的巷道围岩采动应力监测系统开发与应用[D]. 邢晓鹏.中国矿业大学 2017
[4]基于矩张量的岩石破裂微观机制声发射研究[D]. 何云松.成都理工大学 2017
[5]花岗岩试件岩爆过程的声信号特征研究[D]. 石焱炯.广西大学 2016
[6]山体滑坡中声发射信号的检测及定位方法研究[D]. 龙小翠.成都理工大学 2016
[7]采空区声发射实时监测系统管理平台研究[D]. 肖术.武汉科技大学 2012
[8]声发射传感器校准方法的研究[D]. 黄山.北京化工大学 2010
[9]基于到达时间差（TDOA）技术的振动平面定位算法研究[D]. 姬庆华.沈阳理工大学 2010
[10]地震相对定位法若干方面的应用与研究[D]. 武巴特尔.中国地震局地球物理研究所 2005
本文编号：2947020
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 问题的提出
1.2 研究意义
2 国内外研究现状
2.1 地下工程岩体破裂失稳灾害监测方法
2.1.1 基于应力与位移指标的围岩稳定性监测
2.1.2 基于岩体损伤指标的岩体破坏程度监测
2.1.3 基于微震与声发射技术的岩体破裂信息监测
2.2 微震与声发射监测对比
2.3 地下工程声发射现场监测的主要研究方向
2.3.1 参数分析
2.3.2 波形分析
2.3.3 破裂源定位
2.3.4 破裂源机制分析
2.4 存在的主要问题
2.5 论文研究内容与技术路线
3 考虑衰减影响的岩石破裂声发射参数表征研究
3.1 声发射参数衰减规律
3.1.1 基本参数
3.1.2 统计参数
3.1.3 破裂机制分析参数
3.2 岩石破裂过程中RA与AF值变化规律
3.3 基于RA与AF值的花岗岩劈裂破坏参数表征
3.3.1 试验方案
3.3.2 声发射事件率监测及破裂源定位结果
3.3.3 花岗岩巴西劈裂过程中RA与AF值分布规律
3.3.4 花岗岩巴西劈裂过程中剪切破裂占比
3.3.5 衰减距离对不同参数指标的影响
3.3.6 CV（r）与b值分析结果
3.4 本章小结
4 隧道工程岩体破裂声发射监测方法及参数表征研究
4.1 工程背景与监测方案
4.1.1 渝广高速华蓥山隧道
4.1.2 建（个）元高速五老峰隧道
4.1.3 监测指标选取
4.1.4 传感器安装方式
4.2 信号传播距离对声发射参数分析结果的影响
4.2.1 不同距离下RA与AF值分布
4.2.2 不同距离下声发射参数随时间发展规律
4.3 统计方法对CV（r）分析结果的影响
4.3.1 变异系数统计方法
4.3.2 参数指标选取对统计结果的影响
4.4 传感器安装方式对声发射监测结果的影响
4.4.1 华蓥山隧道不同传感器安装方式下声发射监测结果对比
4.4.2 五老峰隧道钻孔内外声发射监测结果对比
4.4.3 不同传感器安装方式下声发射监测结果综合对比
4.5 本章小结
5 时差场搜索定位方法研究
5.1 时差场搜索定位算法基本原理
5.1.1 理论基础
5.1.2 定位过程
5.1.3 理论误差分析
5.2 真三轴水压致裂破裂定位
5.2.1 试验设备及试样制备
5.2.2 试验过程
5.2.3 试验结果与分析
5.3 声发射参数密度分析
5.3.1 参数密度计算方法
5.3.2 绝对能量密度与r值密度对比分析
5.4 本章小结
6 地下工程岩体破裂等效定位方法
6.1 等效定位方法基本原理
6.1.1 等效二维定位基本理论
6.1.2 等效一维定位基本理论
6.1.3 结构面控制型失稳等效定位方法辅助措施
6.1.4 应变控制型失稳等效定位方法辅助措施
6.2 五老峰隧道掌子面轻微岩爆等效定位
6.2.1 传感器安装方式与位置
6.2.2 声发射振铃计数率分布
6.2.3 掌子面声发射事件等效定位
6.3 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]五老峰隧道岩爆声发射参数特征研究[J]. 甘一雄,吴顺川,何一林,郑福润,李博文. 中国安全生产科学技术. 2020(04)
[2]基于RA与AF值的声发射指标在隧道监测中的可行性[J]. 吴顺川,甘一雄,任义,郑立夫. 工程科学学报. 2020(06)
[3]硬岩岩爆预测预警研究进展[J]. 李鹏翔,陈炳瑞,周扬一,肖亚勋,丰光亮,祝国强. 煤炭学报. 2019(S2)
[4]基于小波变换的岩石声发射信号分析[J]. 周忠良,杨和平. 现代矿业. 2019(04)
[5]基于凯瑟效应的小厂坝矿区地应力分布规律研究[J]. 焦满岱,刘涛. 中国矿业. 2019(03)
[6]岩爆孕育过程研究[J]. 冯夏庭,肖亚勋,丰光亮,姚志宾,陈炳瑞,杨成祥,苏国韶. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[7]基于三维快速扫描算法与到时差数据库技术的层状介质震源定位方法研究[J]. 郭超,高永涛,吴顺川,成子桥,张诗淮,韩龙强. 岩土力学. 2019(03)
[8]雅鲁藏布江缝合带深埋长大隧道群岩爆孕育及特征[J]. 严健,何川,汪波,蒙伟,吴枋胤. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[9]Acoustic emission characterization of microcracking in laboratory-scale hydraulic fracturing tests[J]. Jesse Hampton,Marte Gutierrez,Luis Matzar,Dandan Hu,Luke Frash. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018(05)
[10]弹性波在中粒砂岩内传播衰减特性分析[J]. 赵永川,杨天鸿,肖福坤,张鹏海,于庆磊,刘刚. 振动.测试与诊断. 2018(02)
博士论文
[1]硬脆性砂岩强度与变形特性研究[D]. 张诗淮.北京科技大学 2019
[2]考虑初始损伤效应的软岩巷道围岩时效变形损伤机理及控制对策研究[D]. 侯荣彬.中国矿业大学 2018
[3]基于声发射行为页岩压裂裂缝破裂方式演化研究[D]. 王婷婷.东北石油大学 2017
[4]基于矩张量理论的脆性岩石破裂机理研究[D]. 柴金飞.北京科技大学 2017
[5]微地震数值模拟及震源定位方法研究[D]. 张唤兰.西安科技大学 2014
[6]高速公路隧道施工全过程风险动态分析与反馈设计方法研究[D]. 刘靖.长安大学 2013
[7]应变岩爆实验的声发射本征频谱特征[D]. 贾雪娜.中国矿业大学（北京） 2013
[8]全相位数字信号处理[D]. 黄翔东.天津大学 2007
[9]地下工程开挖灾害预警系统的研究[D]. 方建勤.中南大学 2004
硕士论文
[1]基于声发射的花岗岩拉剪破裂识别方法研究[D]. 闫召富.广西大学 2018
[2]循环爆破荷载作用下隧道围岩振动衰减规律及累积损伤效应研究[D]. 洪陈超.辽宁工程技术大学 2017
[3]基于光纤光栅钻孔应力计的巷道围岩采动应力监测系统开发与应用[D]. 邢晓鹏.中国矿业大学 2017
[4]基于矩张量的岩石破裂微观机制声发射研究[D]. 何云松.成都理工大学 2017
[5]花岗岩试件岩爆过程的声信号特征研究[D]. 石焱炯.广西大学 2016
[6]山体滑坡中声发射信号的检测及定位方法研究[D]. 龙小翠.成都理工大学 2016
[7]采空区声发射实时监测系统管理平台研究[D]. 肖术.武汉科技大学 2012
[8]声发射传感器校准方法的研究[D]. 黄山.北京化工大学 2010
[9]基于到达时间差（TDOA）技术的振动平面定位算法研究[D]. 姬庆华.沈阳理工大学 2010
[10]地震相对定位法若干方面的应用与研究[D]. 武巴特尔.中国地震局地球物理研究所 2005
本文编号：2947020
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