岩石声发射信号时频分析研究

发布时间：2020-08-14 07:35

【摘要】：材料内部在应力作用下发生变性,裂纹扩展,弹性能释放是结构失稳破坏的重要机制,在弹性能积累到一定程度被瞬时释放的,形成视觉上的材料破坏。因此对此过程产生的声发射信号进行特征参数的提取分析,在能量的角度研究不同含水状态花岗岩的破裂失稳过程尤为重要。然而声发射信号是典型的非平稳信号,使得传统的信号处理技术难以对岩石破裂声发射信号进行全面系统地解析,因此,对非平稳信号的行之有效的分析方法众多专家学者争相研究的课题。通过对不同含水状态花岗岩试件进行室内双轴加载试验,收集其破坏过程的声发射信号。首先,收集的声发射信号本身含有噪声,通过小波包系数置零去噪方法与传统的阈值去噪相对比发现前者的去噪方式更适合岩石破裂的声发射信号。其次,利用全相位频谱分析算法对不同含水状态的声发射信号进行不同类相位谱的分析,发现不同含水状态的花岗岩每阶段大能量点之前的线性相位占比情况均小于大能量点之后的线性相位占比情况,自然状态的花岗岩的破裂比干燥与含水状态的破裂更加集中,并找到快速识别相位类型算法。再次,基于小波包分解与重构算法对声发射信号进行优势频段的选取,三种不同含水状态的花岗岩的优势频段均在0~62.5k Hz,且随着含水量的增加增长幅度有所下降。最后,对声发射信号进行时频域的分析,在时频分析当中可以更加直观的观察出在岩石破裂的各个时期的能量在时间与频率方面的分布情况,伪Wigner-Ville分布的提出,使得分辨率提高了,主要破裂发生在花岗岩的第三与第四阶段,在各个阶段中在基准点之前的WignerVille分布比基准点之后的Wigner-Ville分布的能量分布范围大,且大能量聚集区域更明显,在不同含水花岗岩中同样基准点之前的大能量分布频率范围小于基准点之后的频率范围,但是能量峰值大于基准点之后的,三种不同含水状态的花岗岩其能量分布随着含水量的增加,聚集程度减小。虽然实验室条件进行下的试验与工程的岩体变化有所不同,但是万变不离其宗,对岩石破裂失稳的监测与预警具有十分重要的意义。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45
【图文】：

声发射信号,来源,信号处理方法

声发射信号来源图

曲线图,加载路径,曲线图,轴向应力

图 11 加载路径曲线图Fig.11 Load path graph 11 可以看出，在初始加载阶段，轴向应力与水平应力逐渐增大入保载阶段，轴向应力在一段保载阶段之后进入二次加载时期

破裂图,不同时期

然后水平方向进入保载阶段，轴向应力在一段保载阶段之后进入二次加载时期。结合图12 发现，岩石破裂主要是发生在二次加载时期，在二次加载时期将花岗岩破裂分为四个时期。1）平静期：在二次加载初期岩石内没有任何现象，岩石试件并没有产生明显破裂，此时的声发射信号由试件本身的微小孔隙、裂隙等被压密所致；此阶段的没有连续较大能量释放，此阶段是岩石破裂的平静期。2）小颗粒弹射期：经过一段时间的加载，水平应力、轴向应力增加，花岗岩内壁的应力集中区已经出现破裂，但在现场的隧洞工程中，这一现象不易观测到，

【参考文献】