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基于SSA-LSTM框架的花岗岩失稳破坏前兆细观组分分析

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力学与实践 2023年第4期45卷 837-853页

作者：王振义王亚磊靳晓亮郑州工业应用技术学院建筑工程学院郑州451100 上海大学力学与工程科学学院上海200444

以花岗岩为例,使用阈值分割技术识别了岩石的细观组分,分析了单轴压缩条件下岩石破坏前兆的细观组分特征,使用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)对长短期记忆(long short-term memory,LSTM)进行了改进,基于改进的LSTM对岩石... 详细信息

以花岗岩为例,使用阈值分割技术识别了岩石的细观组分,分析了单轴压缩条件下岩石破坏前兆的细观组分特征,使用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)对长短期记忆(long short-term memory,LSTM)进行了改进,基于改进的LSTM对岩石破坏细观组分前兆进行了预测。结果表明,裂隙面积第二次激增、石英或长石面积第二次陡降可作为岩石的破坏前兆;基于细观组分的岩石破坏前兆时间比肉眼观察到岩石破坏时间提前了约4 s;改进LSTM对岩石破坏石英前兆的预测能力最强,长石次之,对裂隙预测能力最差。

关键词：花岗岩细观组分破坏前兆长短期记忆

脆性岩石损伤演化及破坏前兆的声发射特性研究

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脆性岩石损伤演化及破坏前兆的声发射特性研究

作者：李佳申贵州大学

学位级别：硕士

导致岩土工程地质灾害的直接原因是岩体在复杂受载条件下损伤演化后的失效破坏。声发射信号(Acoustic Emission,简称AE)的特征与岩石损伤演化过程有着一定的对应关系,是研究岩石损伤破裂的重要手段。通过对大理岩、花岗岩、灰岩和砂岩... 详细信息

导致岩土工程地质灾害的直接原因是岩体在复杂受载条件下损伤演化后的失效破坏。声发射信号(Acoustic Emission,简称AE)的特征与岩石损伤演化过程有着一定的对应关系,是研究岩石损伤破裂的重要手段。通过对大理岩、花岗岩、灰岩和砂岩进行室内单轴压缩试验、巴西劈裂试验和改进的剪切试验,获得了岩石损伤破裂全过程的力学与AE信息。从不同岩石和不同破裂模式两个角度研究了岩石损伤破裂全过程的AE特征参数和波形参数演化特征,其中特征参数包括:AE事件率、累计事件数、能率(能量)、累计能量、幅值、b值和RA-AF值,波形参数:AE主频及对应的幅值。此外,基于RA-AF值进行裂纹分类方法及破坏前兆指标研究。主要研究成果如下:(1)通过耦合分析AE特征参数揭示了四种岩石AE源活跃度和强度的演化特征,表明AE事件率、AE能率和b值等特征参数在岩石临界破坏前会出现明显的前兆特征,且不同破裂模式对应AE特征参数的演化规律不同。(2)利用快速傅里叶变换计算并提取了AE波形的主频及对应的幅值。通过耦合分析AE主频及对应的幅值,揭示了四种岩石损伤破裂过程中占主导的AE信号,以及不同破裂模式对应的AE信号类型;此外,还发现了可作为岩石破坏前兆特征的AE信号类型。(3)基于KDE方法和K-means算法,耦合巴西劈裂试验和改进的剪切试验中采集到的AE数据(RA、AF值)确定了四种岩石的拉、剪裂纹分界线,并用于破裂源分析中。基于已确定的拉、剪裂纹分界线提出了相应的岩石破坏前兆指标CV(r),当CV(r)的数值增加到超过1时,岩石接近破坏或已经发生破坏。

关键词：岩石力学声发射裂纹分类破坏前兆 K-means算法

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煤卸荷过程中声发射特征及综合破坏前兆分析

四川大学学报（工程科学版） 2016年第S2期48卷 67-74页

作者：刘倩颖张茹高明忠李果张泽天张朝鹏四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院四川成都610065

为探究煤破坏全过程的声发射(acoustic emission,简称AE)特征及破坏前兆信息,利用MTS815岩石力学试验系统和PCI-2型声发射监测系统,对不同初始围压下煤样的卸荷破坏进行声发射试验,得到煤在卸荷过程中AE特征的围压效应及基于声发射的多... 详细信息

为探究煤破坏全过程的声发射(acoustic emission,简称AE)特征及破坏前兆信息,利用MTS815岩石力学试验系统和PCI-2型声发射监测系统,对不同初始围压下煤样的卸荷破坏进行声发射试验,得到煤在卸荷过程中AE特征的围压效应及基于声发射的多参数综合破坏前兆信息。结果表明:煤的承载能力随着初始围压的上升明显提高。煤在变形破坏过程中的AE时序参数、空间分布演化特征和振幅分布均与其所处力学状态契合良好,部分AE参数在煤样变形破坏过程中产生明显突变:AE空间分布演化2次突变点对应的应力水平分别为55%和80%;能量率突变点对应的应力水平为87%;振铃计数率的突变点大致对应其峰值应力;振幅和b值的峰值分别对应峰后89%和78%左右的应力水平。根据突变点对应变形破坏阶段的不同,将其综合分为4组,作为煤卸荷破坏的前兆信息,为采用AE监测技术预防开挖过程中的动力灾害事故提供参考。

关键词：岩石力学煤卸荷声发射破坏前兆

花岗岩单轴压缩全过程声发射时空演化行为及破坏前兆研究

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岩土工程学报 2016年第S2期38卷 306-311页

作者：李安强张茹艾婷高明忠张泽天刘倩颖谢晶贾哲强四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 四川大学建筑与环境学院四川成都610065

利用MTS815岩石力学试验系统与PCI-2声发射系统,开展花岗岩单轴压缩全过程声发射定位试验,通过对岩石破裂过程中声发射时空演化特征、能量释放规律研究发现:岩石单轴压缩全过程中声发射时序参数演化过程,可分为上升期、平静期和波动期3... 详细信息

利用MTS815岩石力学试验系统与PCI-2声发射系统,开展花岗岩单轴压缩全过程声发射定位试验,通过对岩石破裂过程中声发射时空演化特征、能量释放规律研究发现:岩石单轴压缩全过程中声发射时序参数演化过程,可分为上升期、平静期和波动期3个阶段;AE信号源的空间分布和聚集位置,可对应岩石内部应力集中和宏观破碎严重区域;随着荷载逐渐增大,AE事件由前期低能量、小裂纹事件向高能量大事件转化,大量微破裂成核、扩展,最终贯通为宏观裂纹,试样完全破坏且大部分能量得到释放。基于声发射时空演化的破坏前兆特征研究发现:岩石单轴压缩全过程中,AE平静期、AE能率、AE振铃计数率和岩石扩容可作为预测岩石破坏的指标,其中AE能率和AE振铃计数率对岩石失稳破坏的预测最敏感,其次是AE平静期现象,再次为扩容点。本文研究可为高地应力区地下厂房岩体稳定性监测与预报提供依据。

关键词：声发射时空演化微破裂破坏前兆

不同应力路径大理岩声发射破坏前兆的试验研究

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岩土工程学报 2016年第7期38卷 1193-1201页

作者：丛宇冯夏庭郑颖人王在泉张黎明中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071 青岛理工大学理学院山东青岛266033 后勤工程学院建筑工程系重庆400041

应力路径不同,岩石变形和破坏过程中伴随的声发射特征也不同,通过不同路径大理岩加、卸荷试验,结合分形维数原理,探讨声发射破坏前兆随应力路径的变化规律。试验结果表明:1岩样破坏处的声发射计数率和破坏前的累计计数率增长率由大变小... 详细信息

应力路径不同,岩石变形和破坏过程中伴随的声发射特征也不同,通过不同路径大理岩加、卸荷试验,结合分形维数原理,探讨声发射破坏前兆随应力路径的变化规律。试验结果表明:1岩样破坏处的声发射计数率和破坏前的累计计数率增长率由大变小的应力路径为加轴压卸围压、恒轴压卸围压、单轴、常规三轴路径。2常规三轴路径下岩样临近破坏时,声发射事件计数率存在明显的"低声发射期",围压越大,声发射前兆"低声发射期"越明显;同时累计振铃计数率增长速率降低的拐点出现后很短时间,岩样也会发生破坏。3低围压下恒轴压、卸围压路径岩样破坏时累计振铃计数率的增长速率近似为切线。加轴压、卸围压岩样破坏前一段相近计数率后存在声发射计数率的"平静期",围压增加,"平静期"持续时间增加,岩样破坏产生的计数率越高。4在低围压应力环境下应力比>0.8、高围压应力环境下时间比>0.4时声发射分维数降低的特征可以作为岩样的破坏前兆分析。

关键词：声发射应力路径围压破坏前兆分维数

不同应力路径下英安岩声发射b值特征及破坏前兆

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工程地质学报 2019年第3期27卷 487-496页

作者：赵建军樊奇李鹏飞李苏申汪果解明礼地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 成都610059 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵阳550081

对英安岩岩样开展单轴、常规三轴加荷和三轴卸荷试验,并对试验过程进行声发射监测,研究在3种应力路径下英安岩变形破坏过程的声发射b值特征差异,探索声发射b值在岩石破坏前兆方面的规律。研究结果表明:英安岩岩样的声发射b值特征与加载... 详细信息

对英安岩岩样开展单轴、常规三轴加荷和三轴卸荷试验,并对试验过程进行声发射监测,研究在3种应力路径下英安岩变形破坏过程的声发射b值特征差异,探索声发射b值在岩石破坏前兆方面的规律。研究结果表明:英安岩岩样的声发射b值特征与加载的应力路径关系密切,加荷路径即单轴路径和常规三轴路径下b值变化规律相似,加荷与卸荷路径下b值变化规律差异较大。单轴和常规三轴加荷试验中,围压对声发射b值特征有较大的影响。围压越大,岩样在破坏前,b值的整体水平越高。岩样在破坏时,声发射b值下降幅度越大、降低速率越快,且b值达到整个过程中的最小值。三轴卸荷试验中,围压对声发射b值特征影响不明显。与常规三轴试验相比,三轴卸荷试验在卸荷至一定水平后,其b值整体水平更低,最终破坏时b值的最小值更小。提出当岩样峰值强度后存在明显的应力跌落,此时声发射b值的快速下降可以作为破坏前兆。b值的临界值要通过大量室内岩石声发射试验的统计结果来确定。将声发射b值快速下降、临界值突破0.6作为试验英安岩岩样的破坏前兆。

关键词：岩石力学应力路径声发射 b值破坏前兆

基于数字图像相关方法的单轴压缩煤样应变场破坏前兆评价

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安全与环境学报 2018年第4期18卷 1237-1245页

作者：王学滨侯文腾董伟辽宁工程技术大学计算力学研究所辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

为探索煤样的破坏前兆,进行煤样的单轴压缩试验,利用数字图像相关方法计算煤样破坏过程中的应变场,并对应变数据进行处理（当水平线应变小于0时令其为0且当垂直线应变大于0时令其为0）,统计了5种应变的变异系数随纵向应变的演变规律。... 详细信息

为探索煤样的破坏前兆,进行煤样的单轴压缩试验,利用数字图像相关方法计算煤样破坏过程中的应变场,并对应变数据进行处理（当水平线应变小于0时令其为0且当垂直线应变大于0时令其为0）,统计了5种应变的变异系数随纵向应变的演变规律。结果发现：1）从水平线应变场、剪应变场、最大剪切应变场和体积应变场上均能观察到不同程度的破坏前兆,即应变局部化;2）对比其他应变的变异系数变化规律,处理后的水平线应变、处理与否的最大剪切应变的变异系数随纵向应变演变的平稳-突变规律具有普适性,变异系数的突变能很好地表征应变局部化的出现,煤样的破坏前兆易于识别。

关键词：安全工程单轴压缩煤样变异系数数字图像法应变场破坏前兆

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冻融损伤砂岩的能量演化及分段本构模型

中南大学学报（自然科学版） 2023年第3期54卷 908-919页

作者：贾蓬毛松泽孙占阳钱一锦卢佳亮东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

为研究冻融砂岩受载过程中的损伤劣化规律,首先,对冻融0,25,50,75和100次的砂岩进行单轴压缩试验,获得不同冻融循环后损伤砂岩的应力-应变关系以及破坏模式;其次,基于能量演化及能量分配规律,分析不同冻融次数砂岩的损伤特性;最后,提出... 详细信息

为研究冻融砂岩受载过程中的损伤劣化规律,首先,对冻融0,25,50,75和100次的砂岩进行单轴压缩试验,获得不同冻融循环后损伤砂岩的应力-应变关系以及破坏模式;其次,基于能量演化及能量分配规律,分析不同冻融次数砂岩的损伤特性;最后,提出利用耗散能变化规律确定应力-应变曲线分段压密点的方法,建立冻融砂岩的分段损伤本构模型。研究结果表明:砂岩的强度和弹性模量随冻融次数增加而降低,砂岩的破坏模式逐渐由剪切破坏为主向张剪复合破坏转变;破坏后的裂纹数量逐渐增多,破坏表现为由脆性逐渐向延性破坏过渡;峰值应力处的总能量、弹性能、耗散能均随冻融次数增加,表现出“减小-增加-减小”三段式变化规律;弹性能耗比(耗散能与弹性能的比值)的最小值Kmin是判断砂岩从稳定状态转向非稳定状态的重要标志,是冻融砂岩破裂前的预兆指标。基于冻融和受荷损伤因子,建立了考虑压密段的分段损伤本构模型,能够更合理地描述冻融损伤砂岩的变形破坏过程。

关键词：冻融循环能量演化损伤破坏前兆分段损伤本构模型

基于声发射信息的热损伤花岗岩单轴压缩破裂机制及破裂前兆

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工程科学学报 2023年第12期45卷 2129-2139页

作者：贾蓬钱一锦王茵王琦伟东北大学资源与土木工程学院沈阳110819

为研究高温造成的热损伤对花岗岩在不同应力阶段声发射特征及破裂机制的影响,本文对25、200、400和600℃热损伤花岗岩开展了单轴压缩试验并进行了实时声发射监测,分析了不同应力阶段热损伤花岗岩峰值频率、上升时间/振幅-平均频率(RA-AF... 详细信息

为研究高温造成的热损伤对花岗岩在不同应力阶段声发射特征及破裂机制的影响,本文对25、200、400和600℃热损伤花岗岩开展了单轴压缩试验并进行了实时声发射监测,分析了不同应力阶段热损伤花岗岩峰值频率、上升时间/振幅-平均频率(RA-AF)数据分布特征以及能量集中度ρ的分布规律.结果表明:各温度热处理后花岗岩单轴压缩的应力阶段可以依据声发射发育特征分为:Ⅰ裂纹压密阶段、Ⅱ裂纹萌生及稳定发育阶段、Ⅲ裂纹非稳定发育阶段、Ⅳ峰后破坏阶段.花岗岩的热损伤越严重,声发射峰值频率越早产生中、高频破裂信号,且主频带分布范围越宽,破坏时超高频信号越少.各温度热损伤花岗岩声发射RA-AF数据分布特征可以表征各应力阶段产生的裂纹类型,热损伤花岗岩在压力作用下由压密至破坏过程中声发射RA-AF数据分布特征的变化说明剪切裂纹活动逐渐活跃,且热损伤温度越高,剪切裂纹越发育.能量集中度曲线的稳定发育阶段与突降阶段之间的突变点可以作为花岗岩单轴压缩条件下的破坏前兆.

关键词：热损伤花岗岩声发射阶段特征破裂机理破坏前兆