巖體多源聲學(xué)及應(yīng)用

目錄
前言
第1章　緒論　1　
1.1　巖體聲學(xué)的地位和作用　1　
1.2　巖體聲學(xué)的研究現(xiàn)狀　3　
1.2.1　巖體聲學(xué)技術(shù)的實驗室尺度研究　3　
1.2.2　巖體聲學(xué)技術(shù)的工程尺度研究　6　
1.3　巖體聲學(xué)技術(shù)的未來　8
參考文獻　9
第2章　巖體聲學(xué)參數(shù)測試方法及儀器　14　
2.1　巖體聲學(xué)的主要測量參數(shù)　14　
2.1.1　巖體的聲波速度　14　
2.1.2　巖體的聲波振幅　16　
2.1.3　巖體的聲波頻率　16　
2.1.4　巖體的聲阻抗　16　
2.1.5　巖體的聲衰減系數(shù)　17　
2.2　巖體聲學(xué)主要參數(shù)的測量方法　17　
2.2.1　聲波速度的測量方法　17　
2.2.2　聲波振幅的測量方法　18　
2.2.3　聲波頻率的測量方法　18　
2.2.4　聲衰減系數(shù)的測量方法　19　
2.2.5　聲學(xué)傳感器的校準　19　
2.2.6　聲波信號處理技術(shù)　20　
2.3　巖體聲學(xué)測試技術(shù)所使用的儀器　21　
2.3.1　巖體聲學(xué)測試儀器的組成　21　
2.3.2　巖體聲學(xué)傳感器　22　
2.3.3　巖體聲學(xué)測試前置放大電路　25　
2.3.4　巖體聲學(xué)信號處理器　27　
2.3.5　分析輸出與顯示設(shè)備（用于測試的計算機）　27　
2.3.6　巖體聲學(xué)測試系統(tǒng)的技術(shù)指標　29　
2.3.7　地聲智能感知與微震監(jiān)測設(shè)備　31
參考文獻　34
第3章　聲波在巖體中的產(chǎn)生機理與衰減特性　36　
3.1　巖體聲發(fā)射信號產(chǎn)生機理　36　
3.2　巖體中主要的聲發(fā)射源　40　
3.2.1　巖體的滑移變形　40　
3.2.2　裂紋的形成與擴展　42　
3.2.3　巖體破裂的力學(xué)機理　45　
3.3　巖體中聲發(fā)射衰減規(guī)律的試驗研究　47　
3.3.1　聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備　47　
3.3.2　試驗巖石試樣　47　
3.3.3　聲波在不同性質(zhì)的巖體中傳播衰減特性分析　50　
3.3.4　聲波在含斷面巖體中傳播衰減特性分析　62
參考文獻　64
第4章　巖體破裂聲源的定位方法　65　
4.1　未知波速系統(tǒng)三維迭代定位法　65　
4.1.1　基本原理　65　
4.1.2　試驗　68　
4.1.3　試驗結(jié)果分析　69　
4.2　未知波速系統(tǒng)三維解析解定位法　70　
4.2.1　基本原理　70　
4.2.2　試驗　74　
4.2.3　試驗結(jié)果分析　75　
4.3　解析解和迭代協(xié)同定位法　86　
4.3.1　基本原理　87　
4.3.2　試驗　89　
4.3.3　試驗結(jié)果分析　90　
4.4　速度區(qū)間變窄的多步源定位法　96　
4.4.1　基本原理　96　
4.4.2　試驗　98　
4.4.3　試驗結(jié)果分析　100　
4.5　三維含孔洞結(jié)構(gòu)無需預(yù)先測波速定位法　102　
4.5.1　基本原理　102　
4.5.2　試驗　107　
4.5.3　試驗結(jié)果分析　115
參考文獻　116
第5章　巖體聲發(fā)射事件的分離方法　118　
5.1　巖體聲發(fā)射事件的分離方法概述　118　
5.2　巖體聲發(fā)射事件篩選　119　
5.3　巖體聲發(fā)射事件波形切割　120　
5.3.1　峰值鑒別時間、撞擊鑒別時間、撞擊閉鎖時間定時參數(shù)　120　
5.3.2　持續(xù)鑒別時間、恢復(fù)時間定時參數(shù)　120　
5.3.3　波形能量包絡(luò)切割法　121　
5.4　巖體聲發(fā)射事件的識別指標　123　
5.4.1　互相關(guān)系數(shù)　123　
5.4.2　振鈴計數(shù)　123　
5.4.3　上升時間　124　
5.4.4　信號強度　124　
5.5　巖體聲發(fā)射事件的識別方法　124　
5.5.1　模板通道選擇　124　
5.5.2　滑動窗口掃描　125　
5.5.3　時差矯正　126　
5.5.4　到時提取　126　
5.6　巖體聲發(fā)射事件的分離試驗　128　
5.6.1　單峰單事件波形切割及識別　128　
5.6.2　雙峰多事件波形切割及識別　139　
5.6.3　多峰單事件波形切割及識別　152
參考文獻　162
第6章　巖體多聲源的分類與機制　164　
6.1　破裂聲源分類　164　
6.1.1　破裂聲源基本類型　164　
6.1.2　不同破裂聲源的特征參數(shù)與波形差異　165　
6.1.3　破裂聲源的認知基本原則　167　
6.2　破裂聲源類型識別方法　167　
6.2.1　聲發(fā)射特征參數(shù)的判別方法　167　
6.2.2　P波初動的判別方法　169　
6.2.3　矩張量的判別方法　170　
6.3　微觀破裂類型與宏觀裂紋類型的關(guān)系　171　
6.3.1　峰前破裂過程中的聲源類型分布特征與演化機制　171　
6.3.2　峰后裂紋擴展的聲源演化機制　175　
6.4　基于聲發(fā)射特征參數(shù)分類巖體破裂類型的不確定性　176　
6.4.1　試驗與數(shù)據(jù)處理　176　
6.4.2　同一試驗分析中的不確定性　178　
6.4.3　RA-AF的衰減規(guī)律　183　
6.4.4　衰減效應(yīng)和計量誤差　186
參考文獻　187
第7章　不同加載環(huán)境下的巖體聲學(xué)頻譜分析　190　
7.1　巖體聲學(xué)頻譜特征參數(shù)　190　
7.1.1　頻譜主頻　190　
7.1.2　頻率質(zhì)心　191　
7.2　試驗介紹　192　
7.2.1　試驗試樣準備　192　
7.2.2　聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備　192　
7.2.3　試驗設(shè)計　193　
7.3　巖體單軸壓縮破裂過程聲學(xué)頻譜特征演化規(guī)律　195　
7.3.1　花崗巖單軸壓縮破裂過程中聲發(fā)射信號主頻演化規(guī)律　195　
7.3.2　紫砂巖單軸壓縮破裂過程中聲發(fā)射信號主頻演化規(guī)律　196　
7.3.3　花崗巖與紫砂巖單軸壓縮破裂過程中聲發(fā)射信號頻率質(zhì)心演化特征　197　
7.4　巖體雙軸壓縮和膨脹加載破裂過程聲發(fā)射信號主頻的演化規(guī)律　198　
7.4.1　花崗巖雙軸壓縮破裂過程中聲發(fā)射信號主頻演化規(guī)律　198　
7.4.2　花崗巖膨脹加載破裂過程中聲發(fā)射信號主頻演化規(guī)律　199　
7.5　巖體雙軸壓縮和膨脹加載破裂過程聲發(fā)射信號頻率質(zhì)心的演化規(guī)律　200　
7.5.1　花崗巖雙軸壓縮破裂過程中聲發(fā)射信號頻率質(zhì)心演化規(guī)律　200　
7.5.2　花崗巖膨脹加載破裂過程中聲發(fā)射信號頻率質(zhì)心演化特征　200　
7.6　聲發(fā)射波形頻譜分布特征　201　
7.6.1　單峰頻譜　202　
7.6.2　雙峰頻譜　202　
7.6.3　三峰頻譜　205　
7.6.4　四峰頻譜　207　
7.6.5　聲發(fā)射的功率譜與能量譜　208　
7.7巖體破裂過程聲發(fā)射波形頻譜演化規(guī)律　211
參考文獻　214
第8章　巖體破裂的尺度特征　216　
8.1　b值研究現(xiàn)狀　216　
8.2　b值計算方法　217　
8.2.1　*小二乘法　217　
8.2.2　*大似然估計法　217　
8.2.3　修正公式　218　
8.3　影響b值計算的因素分析　219　
8.3.1　擬合方法選擇　219　
8.3.2　震級間隔　219　
8.3.3　震級完整性　219　
8.3.4　樣本數(shù)的大小　222　
8.4　聲發(fā)射b值的蒙特卡洛模擬　223　
8.4.1　蒙特卡洛方法　223　
8.4.2　蒙特卡洛方法模擬結(jié)果分析　224　
8.4.3　室內(nèi)花崗巖破裂試驗的聲發(fā)射b值分析驗證　227　
8.5　含水狀態(tài)花崗巖單軸壓縮條件下的b值特征　229　
8.5.1　含水狀態(tài)花崗巖破裂聲發(fā)射試驗　229　
8.5.2　b值的計算　231　
8.5.3　兩種狀態(tài)下花崗巖的b值演化規(guī)律　233　
8.6　花崗巖真三軸壓縮過程的聲發(fā)射b值特征　235　
8.6.1　花崗巖真三軸試驗　235　
8.6.2　巖體破裂過程中的b值變化特征　240　
8.7　本章結(jié)論　257
參考文獻　258
第9章　巖體滑移的摩擦特性　260　
9.1　巖體滑移與摩擦　260　
9.1.1　巖體滑移臨界條件　260　
9.1.2　摩擦力及摩擦系數(shù)　261　
9.1.3　巖體摩擦滑移模式　261　
9.1.4　巖體摩擦滑移尺度　262　
9.2　巖體滑移摩擦定律與失穩(wěn)判據(jù)　263　
9.2.1　巖體滑移摩擦定律　263　
9.2.2　巖體滑移失穩(wěn)判據(jù)　264　
9.3　摩擦演化試驗研究方法　265　
9.3.1　室內(nèi)試驗研究　265　
9.3.2　數(shù)值試驗研究　267　
9.4　應(yīng)力與速率依賴的摩擦特性及其聲學(xué)特征　267　
9.4.1　基于ABAQUS的滑移模擬　268　
9.4.2　雙軸剪切滑移試驗　274　
9.5　巖體滑移摩擦特性的其他影響因素　282　
9.5.1　礦物成分　282　
9.5.2　表面形貌　283　
9.5.3　流體作用　283　
9.5.4　溫度變化　284
參考文獻　284
第10章　巖體聲學(xué)參數(shù)與應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系　289　
10.1　單軸壓縮試驗聲學(xué)參數(shù)與應(yīng)力大小　289　
10.1.1　試驗條件　289　
10.1.2　聲發(fā)射振鈴計數(shù)　291　
10.1.3　聲發(fā)射幅值　292　
10.1.4　RA、AF值及平均頻率質(zhì)心　293　
10.1.5　聲發(fā)射事件率及波速　295　
10.2　雙軸壓縮試驗聲學(xué)參數(shù)與應(yīng)力大小　297　
10.2.1　試驗條件　297　
10.2.2　聲發(fā)射事件率　299　
10.2.3　聲發(fā)射幅值　301　
10.2.4　聲發(fā)射峰值頻率　302　
10.2.5　波速變化特征　303　
10.2.6　中間主應(yīng)力對巖體破裂過程的影響　305　
10.3　應(yīng)力方向辨識方法　307　
10.3.1　理論基礎(chǔ)　307　
10.3.2　實施過程建議　310
參考文獻　310
第11章　巖體波速場成像方法與試驗驗證　312　
11.1　巖體波速場成像方法概述　312　
11.2　層析成像　312　
11.2.1　層析成像概述　312　
11.2.2　射線追蹤技術(shù)　313　
11.2.3　有限差分法　316　
11.2.4　反演問題　321　
11.2.5　模型更新方法　323　
11.2.6　伴隨狀態(tài)層析成像　325　
11.3　全波形反演　327　
11.3.1　聲學(xué)波動方程　328　
11.3.2　時域建?！?28　
11.3.3　頻域建?！?30　
11.3.4　邊界處理　331　
11.3.5　目標函數(shù)及其梯度　334　
11.3.6　迭代優(yōu)化方法　337　
11.4　試驗驗證　338　
11.4.1　模擬試驗　339　
11.4.2　室內(nèi)試驗　342
參考文獻　350
第12章　巖體破裂聲源辨識的波形圖像機器學(xué)習(xí)應(yīng)用　352　
12.1　概述　352