国家自然科学基金(51274114)
- 作品数：15 被引量：62H指数：6
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- 岩石变形破裂微震、电荷感应、自电位和声发射实验研究被引量：21
- 2017年
- 为有效提取岩石失稳破坏的前兆信息,针对岩石试样在外载荷作用下失稳破坏前伴随有微震、电荷感应、自电位和声发射等信号的变化特性,建立岩石变形破裂过程多参量综合监测系统,对试样在不同加载速率下变形破裂过程微震、电荷感应、自电位和声发射进行同步监测。实验结果表明:试样在失稳破坏前都有明显的微震、电荷感应、自电位和声发射前兆信号,岩石性质不同,岩石变形破裂过程中微震、电荷感应、自电位和声发射信号明显不同,花岗斑岩的前兆信号比大理岩的前兆信号明显丰富。声发射监测数据能较好地反映岩石的微小破裂情况,可利用声发射进行微裂纹的定位,可以较好地反映电荷感应和自电位前兆信息,试样变形破裂过程的电荷感应和自电位信号比微震信号更早发生,受到的干扰更小,可利用早期的电荷感应和自电位信号进行提前预警,当频繁出现同步且幅值较大的各参量信号时,表明岩石即将进入失稳破坏阶段,可利用微震和声发射对微裂纹进行定位,微震、电荷感应、自电位和声发射信号相互对比分析从而准确获得岩石失稳破坏的前兆信息。
- 赵扬锋刘力强潘一山焦波波张超
- 关键词：岩石力学微震声发射前兆
- 不同类型岩石加载破坏的微震和电荷感应信号特征研究被引量：4
- 2019年
- 根据岩石变形破坏过程中有微震信号和电荷感应信号产生,利用岩石变形破裂过程微震和电荷感应监测系统,对不同类型岩石在单轴压缩和加卸载下变形破裂过程进行实时同步监测以获取微震和电荷感应信号特征。试验结果表明:不同类型岩石在变形破裂过程中有微震和电荷感应信号产生,微震和电荷感应信号是低频信号,信号频谱主要集中在40 Hz以下,随着岩石强度的增大,岩石变形破裂过程中的微震和电荷感应信号事件数增大且信号强度也增大;岩石变形破裂过程中微震和电荷的产生机理不同,微震信号是由于岩体裂纹扩展释放弹性应变能而引起的振动波,而电荷主要有微破裂、摩擦作用、压电效应等综合作用产生;对比不同类型岩石变形破裂过程的微震和电荷感应信号并对各信号进行相关性分析,研究发现,岩石在失稳破坏时存在着丰富的微震和电荷感应信号,且各信号具有高相关性,此阶段可作为最危险预警区。
- 赵扬锋程传杰刘玉春荆刚
- 关键词：岩石微震信号特征
- 含裂隙砂岩破裂特征及微震和电荷感应信号规律试验研究被引量：6
- 2020年
- 为了有效提取含裂隙砂岩失稳破坏的前兆信息,用试验方法研究了单轴压缩条件下完整砂岩和不同倾角裂隙砂岩的破坏特征及电荷感应信号和微震信号的规律。结果表明,裂隙的存在成为影响砂岩的单轴抗压强度和破坏特征的主要因素,随着裂隙倾角的减小,砂岩的单轴抗压强度会降低,破裂形式由拉剪复合破裂向剪切滑移破裂转变。完整试样微震与电荷信号只有在峰值应力附近出现高幅值波动,在加载初期压密阶段和弹性阶段信号较低;含裂隙岩样微震与电荷高幅值信号出现时间提前,高幅值脉冲数增多,且高幅值脉冲从完整试样只出现在峰值应力附近,到有裂隙时在岩石弹性后期出现多个高幅值脉冲数转变。当裂隙倾角由60°→45°→30°变化时,微震与电荷信号由开始的密集型信号向多个孤立型信号转变。微震信号与电荷信号并不是完全同步的,在岩石峰后阶段才有较好的"协同性"信号产生。岩石发生应力降是产生微震和电荷感应信号的充分非必要条件,将微震和电荷感应监测技术与岩体监测区域应力场分布结合指导现场实践有助于提高预测准确性和减少地质灾害的发生。
- 赵扬锋荆刚程传杰李兵
- 关键词：破坏特征微震
- 三点弯曲正长花岗岩的多参量信号特征试验研究
- 2023年
- 采用多参量(电荷感应、微震和声发射)同步综合监测系统,开展完整和预制裂纹正长花岗岩的三点弯曲试验,对其变形破裂过程的多参量信号特征进行研究。试验结果表明:完整和预制裂纹正长花岗岩在失稳破坏阶段有最强的多参量信号,在失稳破坏阶段产生的多参量信号的主频比较接近,但完整正长花岗岩多参量信号主频幅值是预制裂纹正长花岗岩多参量信号主频幅值的2倍左右。完整正长花岗岩从线弹性变形阶段、裂纹快速发展阶段到岩石失稳破坏阶段产生应力降时应力降的速度是快速增大的,裂纹快速发展阶段和岩石失稳破坏阶段声发射的最大震级和事件数远大于线弹性变形阶段的最大震级和事件数。正长花岗岩失稳破坏阶段多参量信号同步产生,产生的多参量信号与其他阶段相比主频最小,主频幅值最大;在试样失稳破坏阶段声发射信号早于电荷感应信号产生;电荷感应信号早于微震信号产生,声发射信号持续时间最短,微震信号持续时间最长,多参量信号都在试样产生应力降或失稳前产生。
- 刘玉春刘玉春潘一山赵扬锋丁玲
- 关键词：岩石力学多参量信号特征
- 基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波到时拾取技术研究被引量：6
- 2022年
- 微震信号P波初至拾取是微震数据处理的关键步骤之一。为了实现微震信号P波初至到时的精确拾取,针对微震信号不同信道各时段受噪声污染程度不同的特点,使用归一化后的信噪比、信号的明显程度和信号初至起跳点的明显程度叠加的信噪指数代替单一信噪比来量化微震信号的质量。以信噪指数作为判定条件选取质量较高的信号作为输入来提高P波到时准确度,设计一种基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波初至到时拾取算法(QONSL方法)。为了验证该方法的可行性和有效性,分别对测试数据和阜新市五龙矿微震监测数据进行处理。对测试数据的处理结果表明,在量化微震信号的质量时,信噪指数比信噪比更准确,且信噪指数越大,到时拾取结果越接近准确到时。对阜新市五龙矿三分向数据处理结果表明,QONSL方法可以通过信噪指数快速锁定信号质量较高的信号通道并快速拾取微震P波初至到时,综合120个微震信号的到时拾取结果来看,与准确到时的误差保持在5 ms之内,将86个微震事件的到时误差控制在2 ms以内。与STA/LTA算法相比,QONSL算法拾取精度整体提升72%,整体误差范围波动减少75%。QONSL方法受噪声影响较小,具有较高的拾取效率和精度,可为煤层水力压裂、矿山动力灾害实时监测以及后续的微震自动高精度定位计算提供参考。
- 赵扬锋王进铭潘一山潘一山王学滨樊艺
- 关键词：采矿工程微震
- 断层黏滑失稳过程微震与电荷信号时频特征研究被引量：8
- 2020年
- 采用微震与电荷感应监测系统作为试验的监测手段,利用双轴加载试验系统对粗晶正长花岗岩进行不同断层倾角及侧压下断层模型进行断层摩擦滑动试验,观察和分析不同倾角与侧压下断层黏滑曲线特征和断层黏滑过程微震与电荷信号时域与频域特征。结果表明:(1)斜交断层双轴加载过程中侧压及断层倾角改变使断层面应力状态发生变化,改变了黏滑曲线特征及断层黏滑时摩擦强度。小倾角断层易发生黏滑,黏滑时释放的能量小震级低,而大倾角断层不易发生黏滑,但断层失稳时应力降较大,失稳时释放的能量大震级高。通过分析侧压和断层倾角的变化,可进一步判断断层黏滑失稳的可能性。(2)斜交断层发生黏滑就会产生高幅值的微震与电荷信号,且微震与电荷信号在应力降产生之前产生,微震与电荷信号基本同步产生,黏滑时的应力降与信号强度有较好的对应关系,黏滑时断层处的电荷信号幅值较大。随着断层倾角及侧压变化,电荷信号幅值及能量有显著变化,微震信号幅值及能量基本不变。(3)微震和电荷信号频带范围为0~100 Hz,两者信号主频在10 Hz以内。断层黏滑前微震与电荷信号频率及功率值增大,黏滑后迅速减小。试验结果表明微震与电荷信号频谱特征比信号幅值有更明显的前兆特征,采用希尔伯特–黄时频分析方法分析微震与电荷信号时频特征能更好地识别断层黏滑过程前兆信息。
- 赵扬锋荆刚樊艺潘一山
- 关键词：岩石力学斜交断层微震
- 多元宇宙优化算法改进SVM参数被引量：4
- 2016年
- 针对支持向量机(SVM)参数难以选择和确定的问题,采用一种新式元启发式优化算法——多元宇宙优化算法(MVO).并在传统多元宇宙优化算法(MVO)的基础上针对TDR值下降速度慢而导致旅行距离增加的问题,提出改进多元宇宙优化算法(IMVO),将改进多元宇宙优化算法用于支持向量机的参数优化和选择问题上.使用UCI标准数据库中的数据进行数值仿真实验.研究结果表明:采用改进多元宇宙优化算法优化的支持向量机有较强的寻优性能,稳定性较好.
- 聂颖任楚苏赵杨峰
- 关键词：粒子群算法遗传算法支持向量机参数优化
- 断层黏滑失稳过程声发射特征试验研究
- 2022年
- 为研究断层黏滑过程中的声发射特征,对预制不同倾角的粗晶正长花岗岩断层模型进行摩擦滑动试验,分析不同加载速率、不同侧压下断层黏滑失稳的声发射特征的演化过程。结果表明:(1)在一个黏滑过程中,应力积累阶段内的声发射事件数目稳定增长,声发射能级都比较小;断层失稳错动时,声发射事件突增,而且伴随高能级的声发射事件,能量远大于其他事件,说明断层失稳时产生数量更多、强度更大的声发射活动,而且声发射能量突增发生在断层亚失稳阶段,可以利用高能量声发射事件发生对断层黏滑进行预测。(2)在不同加载条件下断层黏滑特征有所不同。侧压和倾角改变时,断层面应力状态的变化影响凹凸体的接触状态,宏观表现为断层面的摩擦强度改变。随着侧压增大,断层发生黏滑的剪应力增加,应力降增大。倾角由34°变为45°时,黏滑更不容易发生,失稳时释放的应变能更大,且在45°倾角下黏滑事件峰值应力不断增大,倾角为56°时,断层面剪应力持续增加,但不发生黏滑。在加载速率减小时,黏滑周期变长,加载过程中断层面之间有相对长的时间进行调整和物理愈合,断层面受力状态发生变化,断层失稳的应力降增大。(3)加载条件发生改变时,声发射特征发生变化。侧压增大时,声发射计数增长率增大,声发射活动更加频繁,同时高频率的幅值增大,断层微破裂的产生和扩展更加复杂。倾角由34°变为45°,低频信号的幅值明显增大,这说明倾角的改变使得断层出现更大尺度的微破裂。
- 赵扬锋樊艺荆刚刘玉春刘玉春
- 关键词：岩石力学侧压声发射
- 含水煤岩单轴压缩微震信号特征试验研究被引量：8
- 2017年
- 为了对煤层底板突水进行预测,基于煤岩在压力作用下有微震信号产生,提出利用自行设计的微震全波形综合监测试验系统对干燥煤岩和含水煤岩变形破裂过程微震信号的变化规律进行研究。结果表明:煤岩变形破裂过程可分为压实阶段、线弹性变形阶段和破裂发展阶段,在破裂发展阶段微震信号事件数和信号强度迅速增加;随着加载速度的增大煤岩的峰值强度增大,煤体产生微震信号事件数增多,大振幅的微震信号事件也增多,出现应力下降即煤岩形成较大裂隙时产生强度较大的微震信号;但饱和含水煤岩的峰值强度和煤岩冲击倾向性比自然干燥煤岩都低,且微震信号事件数和信号强度都降低。上述结论对指导现场煤层底板突水的预警有重要意义。
- 刘玉春赵扬锋张超程传杰
- 关键词：单轴压缩采矿工程
- 不同组合比例煤岩的电荷感应与微震规律试验研究被引量：9
- 2019年
- 针对煤岩在屈服破坏过程中有微震和电荷信号产生这一特征,利用自行设计的微震和电荷感应信号监测试验系统,分析不同组合比例煤岩在变形破裂过程中微震和电荷信号的变化规律。研究结果表明:微震和电荷信号是低频信号,信号频谱集中分布在0～80 Hz,应力突变与微震信号和电荷信号的产生及变化有较好的一致性;随着"煤-岩"高度比的增加,试样的单轴抗压强度减小,试样屈服破裂时微震和电荷信号幅值增大,同步性增强,试件破坏的突发性增强;试件破坏过程中电荷比微震信号数更多,初次明显的电荷信号也早于初次明显的微震信号。
- 赵扬锋李兵张超程传杰
- 关键词：组合煤岩失稳破坏微震
