[发明专利]基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法

权利要求书

1.基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在岩石/工程现场安装声发射/微震监测系统，监测岩石/岩体破坏过程中的声发射/微震定位信息以及波形信息；

步骤2、从声发射波形信息中提取初动振幅、进行矩张量反演、解算破裂面张拉角；

步骤3、将裂纹形成过程中的不可逆耗散能简化为裂纹形成或错动过程中释放的动能、裂纹错动过程中的摩擦耗能以及形成新裂纹耗散的表面能，基于矩张量反演结果分别对其量化计算；

步骤4、基于声发射可用率对步骤3中的动能进行修正，基于裂纹体积比对步骤3中的摩擦耗能、表面能进行修正；

步骤5、基于以上步骤对耗散能的量化结果，利用云图的形式来表现耗散能的空间分布，并通过不同时刻的能量空间分布来再现能量耗散的时空分布。

2.如权利要求1所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，所述步骤1中声发射/微震监测系统中声发射传感器数量多于8个，提高矩张量反演计算的数据样本量。

3.如权利要求1所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1：提取初动振幅，解算矩张量特征值；

步骤2.2：获得特征值后，解算破裂面的运动向量和法向量：

步骤2.3：根据破裂面的运动向量和法向量，解算破裂面张拉角。

4.如权利要求1所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3.1：对裂纹形成或错动过程中释放的动能进行量化计算；

通过矩张量反演方法确定裂纹对应的张拉角，利用张拉角计算声发射源的辐射花样系数，实现对声发射辐射总能量的量化，也就是对裂纹形成或错动过程中释放的动能进行量化；

其中，U^k为裂纹形成或错动过程中释放的动能；U_iC为裂纹i形成过程中声发射源的辐射总能量；P和SH、SV分别为声发射纵波和横波；ρ为岩石的密度；V_C为P或S波的波速；R_Cij为裂纹i在声发射传感器j方向上的辐射系数；R_Ci为裂纹i对应的平均辐射系数；L_ij为裂纹i的位置与传感器j间的距离；J_Cij为裂纹i在辐射系数为R_Cij的方向上的辐射能量通量，可通过对声发射传感器j采集到的声发射波并进行积分获得；N为裂纹总数；

步骤3.2：根据裂纹错动过程中在各个方向的位移量，根据下式对裂纹错动过程中的摩擦耗能进行量化计算：

其中，U^f为裂纹错动过程中的摩擦耗能，a_i为裂纹i对应的半径，μ_f为裂纹面的摩擦系数，σ_ni为裂纹i上的法向应力，为裂纹i在平行其所在平面方向上发生的平均错动位移量，M_1i，M_2i，M_3i分别为裂纹i的矩张量特征值，γ_i为裂纹i的张拉角，λ和μ为岩石的拉梅常数；

步骤3.3：由总耗散能减去动能与摩擦耗能的方式，根据下式对形成新裂纹耗散的表面能进行量化计算：

其中，U^s为形成新裂纹耗散的表面能，ρ为岩石密度，J_ui为当L_ij和裂纹i诱发的声发射P波、SH波、SV波在传感器j方向上的辐射花样系数都等于1时的辐射能量通量。

5.如权利要求4所述的基于声发射/微震监测的岩石耗散能时空分布量化方法，其特征在于，步骤4所述的耗散能量化结果进行修正，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤4.1：利用声发射可用率实现对裂纹形成或错动过程中释放的动能的计算结果进行修正：

步骤4.2：利用裂纹体积比对裂纹错动过程中的摩擦耗能的技术结果进行修正；

步骤4.3：利用裂纹体积比对形成新裂纹耗散的表面能的量化结果进行修正。