基于混沌理論的巖石聲發(fā)射性能研究.pdf

1、聲發(fā)射技術(shù)作為對(duì)巖土工程進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)的有效手段之一，近年來(lái)越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用，然而在聲發(fā)射技術(shù)的實(shí)際監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)應(yīng)用中卻還存在一些問(wèn)題。究其原因是巖體系統(tǒng)是高度非線性復(fù)雜大系統(tǒng)，并處于動(dòng)態(tài)不可逆演化之中，人們尚未完全掌握巖石破壞的特征。要對(duì)巖石（體）的力學(xué)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制，應(yīng)該借助當(dāng)代非線性科學(xué)，建立適合于巖石力學(xué)與工程特點(diǎn)的巖石非線性靜力和動(dòng)力系統(tǒng)理論。而混沌是非線性數(shù)學(xué)、力學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，它也是非線性系統(tǒng)的根本特征之一。巖體系統(tǒng)中存

2、在大量的非穩(wěn)定數(shù)據(jù)和離散的非均勻數(shù)據(jù)，如位移、聲發(fā)射、地震的時(shí)序記錄數(shù)據(jù)等，均有可能用混沌模型予以很好的描述，并能揭示出更深刻的巖體力學(xué)機(jī)制與規(guī)律?；谝陨纤枷?，本文主要研究工作為：
　　①本文采用AG-I液壓伺服材料試驗(yàn)機(jī)以及PCI-2聲發(fā)射儀等儀器設(shè)備，對(duì)鈣質(zhì)泥巖、砂巖、細(xì)砂巖、高麗山砂巖四種不同的巖石，進(jìn)行單軸壓縮破壞試驗(yàn)和聲發(fā)射試驗(yàn)，運(yùn)用聲發(fā)射儀器監(jiān)測(cè)巖石損傷破壞過(guò)程中的聲發(fā)射現(xiàn)象，記錄下聲發(fā)射事件數(shù)時(shí)序、聲發(fā)射能量時(shí)序、

3、位移（應(yīng)變）時(shí)序及應(yīng)力時(shí)序，運(yùn)用非線性動(dòng)力學(xué)原理建立巖石在失穩(wěn)破壞過(guò)程中的非線性動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。
　?、趯?duì)聲發(fā)射事件數(shù)時(shí)序，進(jìn)行了小波降噪處理，并進(jìn)行了降噪后的混沌特征量的計(jì)算，與原始數(shù)據(jù)序列的結(jié)果做了對(duì)比，研究噪聲對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
　?、坩槍?duì)試驗(yàn)記錄的聲發(fā)射事件數(shù)時(shí)序，分別計(jì)算了聲發(fā)射時(shí)間序列的嵌入維數(shù)和延遲時(shí)間，延遲時(shí)間的選取采用互信息量法，嵌入維數(shù)的選取采用Cao方法和飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)法。
　?、苡?jì)算了聲發(fā)射時(shí)間序

4、列的特征量，分維數(shù)和Lyapunov指數(shù)（主要是最大Lyapunov指數(shù)）。分維數(shù)的不同定義和估計(jì)有不同結(jié)果，關(guān)聯(lián)維數(shù)是最常用的分維數(shù)估計(jì)值，因此本文只采用了G-P關(guān)聯(lián)積分法計(jì)算關(guān)聯(lián)維數(shù)。對(duì)于最大Lyapunov指數(shù)的計(jì)算，則采用了小數(shù)據(jù)量法。從定性、定量?jī)蓚€(gè)方面對(duì)巖石聲發(fā)射時(shí)間序列的混沌性質(zhì)進(jìn)行了判別，采用的定性方法為：主分量分析（PCA）方法；采用的定量分析方法為：飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)法和最大Lyapunov指數(shù)法。
　?、輰?duì)巖石破壞