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专利号: 2021105466328
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贯通阶段起始时间辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:通过声发射仪获取每个声发射震源空间坐标,获取声发射震源沿加载方向的坐标值Zi,计算获取震源垂直加载方向的坐标值Ri;

以固定时间窗口U所对应的坐标值Zi与坐标值Ri分别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刻ti作为分形维数Di的标度,以固定的滑动步距I计算整个蠕变破坏过程中的坐标值Zi与坐标值Ri的分形维数;

以ti为X坐标,坐标值Zi的分形维数Di为Y坐标,绘制ti‑Di曲线,并将其叠加在蠕变曲线上,将坐标值Zi分形维数持续增大对应的起始时间记为tZ;

以ti为X坐标,坐标值Ri的分形维数Di为Y坐标,绘制ti‑Di曲线,并将其叠加在蠕变曲线上,坐标值Ri分形维数持续增大对应的起始时间记为tR;

将tZ,tR中的最大值作为蠕变破坏过程中微裂纹贯通阶段的起始时间tg;

还包括对标准岩石试件进行蠕变声发射震源定位试验,所述蠕变声发射震源定位试验包括以下步骤:制备圆柱体标准岩石试件;

对标准岩石试件进行相对坐标编制,在标准岩石试件表面对称布置等距的8个声发射传感器,获取每个声发射传感器的坐标,测试岩石纵波波速;

根据岩石损伤应力σcd,确定蠕变应力;确定声发射采集参数,根据蠕变应力,进行蠕变声发射震源定位试验;

8个所述声发射传感器的布置方法具体包括以下步骤:

所述标准岩石试件表面沿轴线方向作直线L1,在所述L1方向量取距上、下端面10mm的点,作为两个所述声发射传感器布置位置的中心点;

根据所述L1作对称线L2,根据所述L1上的两个中心点在所述L2作对称点,作为两个所述声发射传感器布置位置的中心点;

分别沿试件表面作直线L3和L4,所述L3和L4构成的平面垂直于与所述L1和L2构成的平面,并在所述L3和L4上作与所述L1和L2上的两个中心点的对称点,作为四个所述声发射传感器布置位置的中心点;

以所述标准岩石试件底面中心作为坐标原点,获取并记录8个所述声发射传感器布置位置的中心点的坐标;

所述声发射震源坐标值Zi与坐标值Ri的分形维数具体计算步骤如下:根据岩石蠕变破坏总历时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坐标值Zi或坐标值Ri不小于50,即每个时间窗口U对应的坐标值Zi或坐标值Ri样本容量n不小于50;

以第一个时间窗口U1对应的坐标值Zi或坐标值Ri为样本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)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;

在给定的尺度下,绘制{lnr(k),lnW[r(k)]}散点图;对{lnr(k),lnW[r(k)]}散点进行线性拟合,得到拟合直线的斜率K1;取K1为第一个时间窗口U1对应的坐标值Zi或坐标值Ri分形维数D1,取第一个时间窗口U1终点对应的时间t1作为D1的标度;

将第一个时间窗口U1后一个固定滑动步距I,重复上述计算步骤,计算得到第二个时间窗口U2对应的坐标值Zi或坐标值Ri分形维数D2,及其时间标度t2;

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

2.根据权利要求1所述的岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法,其特征在于,所述标准岩石试件为钻孔岩芯;所述岩芯通过取芯机钻取,并对钻取后的岩芯进行切割,获得圆柱体岩芯;通过磨石机对所述圆柱体岩芯的端面进行打磨,获得标准岩石试件。

3.根据权利要求2所述的岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法,其特征在于,所述标准岩石试件的相对坐标编制包括以下步骤:所述标准岩石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。

4.根据权利要求1所述的岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法,所述蠕变声发射震源定位试验中加载方式采用应力控制,蠕变应力大小取βσcd;

其中,β为系数,1.2~1.5之间;σcd为岩石损伤强度,其数值大小根据裂纹应变模型计算法进行求解获得。

5.根据权利要求1所述的岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法,其特征在于,通过声发射仪获取每个声发射震源空间坐标Pi(xi,yi,zi),取Zi值为震源沿加载方向坐标值Zi。

6.根据权利要求1所述的岩石蠕变破坏微裂纹贯通阶段起始时间辨识方法,其特征在于,所述震源垂直加载方向坐标值Ri的获取方法包括以下步骤:将声发射震源空间坐标Pi(xi,yi,zi)向X‑Y平面投影得点si(xi,zi);

按式(1)计算点si(xi,zi)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,zi)到坐标原点的距离li为震源垂直加载方向坐标值Ri。