[发明专利]一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法

说明书

本发明公开了一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法，包括以下步骤：标准岩石试件的制备，岩石蠕变破坏声发射震源定位试验，声发射震源沿加载方向坐标值Z_i与垂直加载方向坐标值R_i的拾取，坐标值Z_i、坐标值R_i分形维数的计算原理与方法，微裂纹贯通起始时间辨识方法；本发明适用于岩石单轴压缩条件下，蠕变破坏过程中微裂纹贯通起始时间的辨识，该方法提高了岩石蠕变破坏预测的时效性，可作为预测岩石蠕变破坏有效手段。

技术领域

本发明属于岩石蠕变预测技术领域，涉及一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法。

背景技术

岩石蠕变表征的是在某一恒定的荷载作用下岩石变形随时间增大的现象。工程实践表明：金属矿山地下开采过程中岩体的破坏与岩石蠕变性质密切相关，岩石蠕变性质是诱发金属矿山采场冒顶、采空区垮塌等典型灾害的主要因素之一。因此，对岩石蠕变破坏进行预测是最大程度降低财产损失，保障生产安全的有力保障，具有重要的工程价值。

岩石蠕变破坏其实质为微裂纹持续演化的结果。工程与理论研究表明：岩石蠕变破坏过程中，微裂纹总体经历了原生微裂纹压密与新生微裂纹萌生、成核与扩展、贯通四个阶段。相对而言，新生微裂纹萌生、成核与扩展历时较长。当新生微裂纹数量达到一定规模后，不同尺度的微裂纹将步入贯通阶段，并且岩石将在相对较短的时间发生蠕变破坏。因此，对岩石蠕变破坏过程中微裂贯通起始时间精确辨识，对提高岩石蠕变破坏预测方法的时效性具有重要的意义。

目前，对岩石蠕变破坏过程中微裂纹贯通起始时间进行辨识主要采用声发射震源定位的方法。该类方法通过对岩石布设最少4个声发射传感器。首先，根据每个声发射传感器接收到信号的P波到时_ti，计算得到震源产生的时间T_i及其对应的空间坐标P_i(x_i,y_i,z_i)。而后，通过绘制不同时刻或一定时间范围内的震源空间分布图。由于声发射震源与微裂纹在机制上相近。因此，可通过声发射震源空间分布图实现微裂纹成核阶段的辨识。

该方法对微裂纹的辨识处于定性分析阶段，其原因在于声发射震源空间分布图视角的不同，不同分析人员所得到结果可能不尽相同，不同视角条件下t_i～t_i+n内声发射震源空间分布图存在明显的差异，从而导致微裂纹步入成核阶段起始时间t的确定存在差异。同时，即使通过提取每个震源的空间坐标来判断，也会因每个声发射震源产生时间的不确定性与空间位置具有“随机性”，在面对海量的震源，单凭人工对微裂纹贯通起始时间进行辨识难度极大。

为此，本发明提出一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法。该方法提高了岩石蠕变破坏预测的时效性，可作为预测岩石蠕变破坏有效手段。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法，包括以下步骤：

通过声发射仪获取每个声发射震源空间坐标，获取声发射震源沿加载方向的坐标值Z_i，计算获取震源垂直加载方向的坐标值R_i；

以固定时间窗口U所对应的坐标值Z_i与坐标值R_i分别计算单个声发射震源分形维数D_i，并以时间窗口终点对应的时刻t_i作为分形维数D_i的标度，以固定的滑动步距I计算整个蠕变破坏过程中的坐标值Z_i与坐标值R_i的分形维数；