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专利号: 202110140734X
申请人: 江西理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种岩石蠕变破坏微裂纹成核起始时间辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、标准岩石试件的制备;

S2、岩石蠕变破坏声发射震源定位试验;

S3、声发射震源沿加载方向Zi值与垂直加载方向Ri值的拾取;

S4、Zi值与Ri值分形维数的计算;

S5、微裂纹成核起始时间辨识方法。

2.根据权利要求1所述的一种岩石蠕变破坏微裂纹成核起始时间辨识方法,其特征在于,S2中进行蠕变声发射震源定位试验实施,首先采用RSM‑RCT(B)声波仪对岩石纵波波速进行测试,测试次数不少于5次,并取平均值作为震源定位的计算参数;

然后进行蠕变声发射震源定位试验实施:蠕变声发射震源定位试验加载方式采用应力控制,加载速率取0.5MPa/s;蠕变应力σ大小取βσcd;其中,β为系数,其大小取1.2~1.5之间;σcd为岩石损伤强度,其数值大小由裂纹应变模型计算法进行求解计算;

将试件置于刚性压力机,完成加载速率与声发射采集参数设置,根据确定的蠕变应力σ,进行蠕变声发射震源定位试验。

3.根据权利要求2所述的一种岩石蠕变破坏微裂纹成核起始时间辨识方法,其特征在于,S2中,首先,进行标准圆柱体试件相对坐标编制,以试件底面中心为坐标原点,以试件下端面为X‑Y平面,以试件轴向为Z轴,建立空间坐标系;以X轴为起点,并标记为0°刻度线,逆时针沿试件表面每隔30°作Z轴平行线;以X‑Y平面为起点,沿Z轴方向每隔10mm作圆周线;

然后对称布置声发射传感器;

最后进行蠕变声发射震源定位试验实施。

4.根据权利要求3所述的一种岩石蠕变破坏微裂纹成核起始时间辨识方法,其特征在于,对称布置8个声发射传感器,布置步骤如下:

1)用铅笔沿试件表面轴线方向作直线L1;采用游标卡尺沿直线方向精确量取距上、下端面10mm的点,并将此两点即2号点、6号点作为声发射传感器布置位置的中心点;

2)以试件轴线作L1的对称线L2,做2号点、6号点的对称点,作为4号、8号传感器布置中心点;

3)同理,分别沿试件表面作直线L3、L4,使L3、L4构成的平面垂直于L1、L2构成的平面,并确定剩余的1号与5号,3号与7号传感器布置中心点;

4)最后,以试件底面中心为坐标原点,分别计算、记录以上8个传感器布置中心点坐标。

5.根据权利要求1所述的一种岩石蠕变破坏微裂纹成核起始时间辨识方法,其特征在于,S3具体包括以下子步骤:

S31、由声发射仪直接得到每个声发射震源空间坐标Pi(xi,yi,zi);

S32、声发射震源沿加载方向Zi值拾取;

以声发射震源空间坐标Pi(xi,yi,zi)计算结果为基础;取zi值为震源沿加载方向Zi值;

S33、声发射震源垂直加载方向Ri值计算与拾取;

以声发射震源空间坐标Pi(xi,yi,zi)计算结果为基础,将震源空间坐标Pi(xi,yi,zi)向X‑Y平面投影得点si(xi,yi);按式(1)计算点si(xi,yi)到坐标原点的距离li:式中:xi与yi分别为震源Pi(xi,yi,zi)在X‑Y平面投影值;

取点si(xi,yi)到坐标原点的距离li为震源加载方向Ri值。

6.根据权利要求1所述的一种岩石蠕变破坏微裂纹成核起始时间辨识方法,其特征在于,S4具体包括以过程:采用G‑P算法计算对Zi值与Ri值分形维数进行计算;以固定时间窗口U所对应的Zi值或Ri值计算单个声发射震源分形维数Di,并以时间窗口终点对应的时间ti作为该分形维数Di的标度;在此基础,以固定的滑动步距I计算整个蠕变破坏过程中的声发射震源分形维数。

7.根据权利要求6所述的一种岩石蠕变破坏微裂纹成核起始时间辨识方法,其特征在于,S4具体计算方法如下:

S41、根据岩石蠕变破坏时间总历时h与声发射震总数E,以小时为单位,选取固定的时间窗口U与固定滑动步距I,其中I<U<h,并保证每个时间窗口U内对应的声发射震源总数不小于50,即每个时间窗口U对应的Zi值或Ri值样本容量n不小于50;

S42、以第一个时间窗口U1对应的Zi值或Ri值为样本,其样本容量为n1,构造一个样本m维的向量:

Xi=[xi,xi+1…xi+m‑1](i=1,2,3,…n‑m+1)    (2)S43、按式(3)、式(4)得到向量对应的关联函数W[r(k)]:式中:r(k)—为给定的尺度;

k—为比例常数,取10~20;

H—为Heaviside函数;

S4 4、在给定的尺度下,绘制{lnr(k),lnW[r(k)]}散点图;

S4 5、对{lnr(k),lnW[r(k)]}散点进行线性拟合,得到拟合直线的斜率K1;

S4 6、取K1为第一个时间窗口U1对应的Zi值或Ri值分形维数D1;

S4 7、取第一个时间窗口U1终点对应的时间t1作为D1的标度;

S4 8、将第一个时间窗口U1后移一个固定滑动步距I,得第二个时间窗口U2;重复上述计算步骤,计算得到第二个时间窗口U2对应的Zi值或Ri值分形维数D2,及其时间标度t2;

S4 9、重复以上步骤,计算第i个时间窗口Ui对应的Zi值或Ri值分形维数Di,及其时间标度ti;其中,i=3,4,5…p, 整数部分。

8.根据权利要求1所述的一种岩石蠕变破坏微裂纹成核起始时间辨识方法,其特征在于,S5具体包括以下子步骤:

S51、以ti为X坐标,Zi值分形维数Di为Y坐标,绘制ti‑Di曲线,并将其叠加在蠕变曲线上;

S52、以ti为X坐标,Ri值分形维数Di为Y坐标,绘制ti‑Di曲线,并将其叠加在蠕变曲线上;

S53、将Zi值分形维数处于最低水平,并且近似水平段的起始时间记为tZ;

S54、将Ri值分形维数处于最低水平,并且近似水平段的起始时间记为tR;

S55、比较tZ与tR值的大小,并将tZ,tR最大值作为蠕变破坏过程中微裂纹成核的起始时间ts。