花崗巖試件巖爆過程的聲信號特征研究.pdf

1、當(dāng)前，我國西部大型水利水電工程多以大型地下洞室群作為主要建筑物，深部地下洞室開挖過程中的巖爆地質(zhì)災(zāi)害問題日益突出。巖爆是高地應(yīng)力地區(qū)巖體開挖卸荷引起的動力破壞現(xiàn)象，由于巖爆發(fā)生機(jī)制高度復(fù)雜，目前巖爆準(zhǔn)確預(yù)測仍然是深部巖體工程領(lǐng)域的世界性難題。巖爆的發(fā)生伴隨有不同頻率的聲波，巖爆聲波信號分析是巖爆預(yù)測的有效途徑之一，巖爆的聲波信號特征研究可為建立基于聲信號的巖爆預(yù)測方法提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和學(xué)術(shù)價值。
　　針對巖爆過程聲

2、發(fā)射研究需深入推進(jìn)的問題以及巖爆聲音信號定量化研究尚處于空白地帶的問題，本文采用新型真三軸巖爆試驗(yàn)系統(tǒng)，在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了花崗巖試件的巖爆過程模擬，對試驗(yàn)過程中的聲發(fā)射與聲音信號進(jìn)行全程監(jiān)測，通過巖爆過程的聲信號波形、分形與頻譜分析，獲得了花崗巖試件的巖爆過程的聲信號特征。主要結(jié)論如下:
　　1、巖爆的聲發(fā)射撞擊數(shù)、絕對能量累積、波形參數(shù)以及聲音信號的波形變化特征均能夠反映巖爆所經(jīng)歷的主要破壞過程。臨近巖爆彈射破壞前，聲發(fā)射撞擊數(shù)存在一

3、段“平靜期”，與之相對的聲音信號也存在一段波形“相對平靜期”。此外，該時段內(nèi)聲發(fā)射信號的上升時間與持續(xù)時間均達(dá)到最大值。
　　2、巖爆過程的聲發(fā)射撞擊數(shù)、聲音信號幅值均具有時間分形特性，兩者的時間分形維數(shù)變化均能夠反映巖爆破壞的演化過程，且在巖爆發(fā)生前夕，各自的分形維數(shù)在增加至峰值后會在一段時間內(nèi)持續(xù)下降至最低值。
　　3、巖爆過程中的不同破壞模式具有不同的頻譜特征，在彈-塑性過渡階段、塑性階段、破壞階段等試件受力狀態(tài)階段，

4、聲發(fā)射與聲音信號的頻譜變化規(guī)律基本一致，主頻值總體都是呈“高頻向低頻遷移”的演化趨勢，頻譜形狀經(jīng)歷“多峰-單峰”的交替變化過程。前在巖爆發(fā)生前夕，不論聲發(fā)射信號還是聲音信號，其頻率成分都十分復(fù)雜、包含多個優(yōu)勢頻率、頻譜形狀呈多峰形、主頻對應(yīng)幅值較低。
　　4、巖爆過程中，無論是聲發(fā)射信號的特征參數(shù)、波形參數(shù)、頻譜，還是聲音信號的波形、頻譜，均具有顯著特征與內(nèi)在演化規(guī)律，巖爆過程的聲發(fā)射與聲音信號均可作為巖爆預(yù)測的有效前兆信息。綜合