[发明专利]基于声发射监测的硬岩节理面突然错动失稳预警方法

说明书

一种基于声发射监测的硬岩节理面突然错动失稳预警方法，涉及岩土工程技术领域，实现了对硬岩节理面突然错动失稳时间的预警。步骤包括：A.设置声发射监测主机的幅值门槛值，并安装声发射探头；B.进行节理面剪切试验，采集剪切过程中的声发射信号；C.接收声发射探头的信号，将每个声发射探头连续接收到的声发射撞击事件分组；D.根据撞击信号的幅值分布特征，拟合幅值和撞击事件出现频率的关系，计算各个分组的b值；E.将各组内的撞击事件持续时间的中间时间记为时间点，b值作为数据点，得到剪切过程中b值随时间变化的规律；F.重复上述步骤处理多个声发射探头的监测数据，确定当b值持续降低并低于0.5时预警；该方法更加安全可靠。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其是一种基于声发射监测的硬岩节理面突然错动失稳预警方法。

背景技术

目前，随着对能源、资源、地下空间等的需求的增加，煤炭、金属矿山等逐渐转向深部开采，另外国防洞室、核废料处置库、深埋引水隧洞等也需要布置在深埋岩体中，深部地下空间利用和深部地下资源开采在岩土工程技术领域中也变得越来越重要。

在深部地下岩体工程中广泛分布各种尺度的节理面，如层理、节理面、断层等，在高应力环境下，由于开挖作用、注水作用或油气开采等扰动了地下原有的应力平衡状态，容易造成节理面、断层活化，从而诱发滑移型岩爆、断层型冲击地压和诱发地震等动力灾害。岩爆和冲击地压灾害是地下岩体工程围岩发生强烈脆性破坏的一种动力失稳现象，具有围岩突然猛烈的向开挖空间弹射、抛掷等特征，岩爆会造成围岩崩塌、隧道或巷道堵塞、伤害施工人员、损坏机械设备、延误工期，严重时甚至引起地表塌陷而造成局部地震。诱发地震则常常发生在页岩气开采、废水注入地层、地热开采等深层能源工程中出现，震级较小的诱发地震往往不会造成损害，甚至地面没有震感，而震级较大的地震则会产生较大的破坏性，使地面建筑物倒塌，造成严重损害和社会影响。可见无论滑移型岩爆、断层型冲击地压还是诱发地震，一旦发生都是造成巨大损失，因此对上述由于节理面、断层面突然错动失稳引起的动力灾害进行有效预警具有重要的科学意义和工程意义。对滑移型岩爆、诱发地震成灾机理与预测预报问题已成为岩石力学领域必须致力解决的关键科学问题和技术难题，并先后提出了岩爆发生的强度理论、刚度理论、能量理论、岩爆倾向性理论和突变理论等来解释岩爆这一动力灾害。现有技术中，人们通过岩石的单(三)轴加(卸)载试验对岩块进行压缩测试，获得岩石的储能条件、脆性性质等评价和预测应变型岩爆的岩爆倾向性；针对断层活化诱发地震则通过有效应力理论和摩尔库伦理论从机理上进行解释。然而，对于这种高应力下由于节理面、断层面的突然错动失稳导致的动力灾害还缺乏有效的预警方法。

发明内容

为了对硬岩节理面突然错动失稳时间提供安全可靠的预警，本发明提供了一种基于声发射监测的硬岩节理面突然错动失稳预警方法，具体的技术方案如下。

一种基于声发射监测的硬岩节理面突然错动失稳预警方法，步骤包括：

A.设置声发射监测主机的幅值门槛值，并在靠近岩石节理面的位置安装声发射探头；

B.对节理面岩石试样施加法向应力，进行节理面剪切试验，采集剪切过程中的声发射信号；

C.接收声发射探头的信号，将每个声发射探头连续接收到的声发射撞击事件分组；

D.根据撞击信号的幅值分布特征，拟合各个分组内撞击幅值和撞击事件出现频率的关系，并计算各个分组的b值，其中：

A_dB是声发射撞击的最大振幅，并且A_max是声发射撞击的最大幅值，N为幅值大于等于A_dB的声发射撞击事件个数；

E.将各组内的撞击事件持续时间的中间时间记为时间点，各组内的b值作为数据点，得到剪切过程中b值随时间变化的规律；