巖體多源聲學(xué)及應(yīng)用

目錄
前言
第1章　緒論　1　
1.1　巖體聲學(xué)的地位和作用　1　
1.2　巖體聲學(xué)的研究現(xiàn)狀　3　
1.2.1　巖體聲學(xué)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室尺度研究　3　
1.2.2　巖體聲學(xué)技術(shù)的工程尺度研究　6　
1.3　巖體聲學(xué)技術(shù)的未來(lái)　8
參考文獻(xiàn)　9
第2章　巖體聲學(xué)參數(shù)測(cè)試方法及儀器　14　
2.1　巖體聲學(xué)的主要測(cè)量參數(shù)　14　
2.1.1　巖體的聲波速度　14　
2.1.2　巖體的聲波振幅　16　
2.1.3　巖體的聲波頻率　16　
2.1.4　巖體的聲阻抗　16　
2.1.5　巖體的聲衰減系數(shù)　17　
2.2　巖體聲學(xué)主要參數(shù)的測(cè)量方法　17　
2.2.1　聲波速度的測(cè)量方法　17　
2.2.2　聲波振幅的測(cè)量方法　18　
2.2.3　聲波頻率的測(cè)量方法　18　
2.2.4　聲衰減系數(shù)的測(cè)量方法　19　
2.2.5　聲學(xué)傳感器的校準(zhǔn)　19　
2.2.6　聲波信號(hào)處理技術(shù)　20　
2.3　巖體聲學(xué)測(cè)試技術(shù)所使用的儀器　21　
2.3.1　巖體聲學(xué)測(cè)試儀器的組成　21　
2.3.2　巖體聲學(xué)傳感器　22　
2.3.3　巖體聲學(xué)測(cè)試前置放大電路　25　
2.3.4　巖體聲學(xué)信號(hào)處理器　27　
2.3.5　分析輸出與顯示設(shè)備（用于測(cè)試的計(jì)算機(jī)）　27　
2.3.6　巖體聲學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)　29　
2.3.7　地聲智能感知與微震監(jiān)測(cè)設(shè)備　31
參考文獻(xiàn)　34
第3章　聲波在巖體中的產(chǎn)生機(jī)理與衰減特性　36　
3.1　巖體聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理　36　
3.2　巖體中主要的聲發(fā)射源　40　
3.2.1　巖體的滑移變形　40　
3.2.2　裂紋的形成與擴(kuò)展　42　
3.2.3　巖體破裂的力學(xué)機(jī)理　45　
3.3　巖體中聲發(fā)射衰減規(guī)律的試驗(yàn)研究　47　
3.3.1　聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備　47　
3.3.2　試驗(yàn)巖石試樣　47　
3.3.3　聲波在不同性質(zhì)的巖體中傳播衰減特性分析　50　
3.3.4　聲波在含斷面巖體中傳播衰減特性分析　62
參考文獻(xiàn)　64
第4章　巖體破裂聲源的定位方法　65　
4.1　未知波速系統(tǒng)三維迭代定位法　65　
4.1.1　基本原理　65　
4.1.2　試驗(yàn)　68　
4.1.3　試驗(yàn)結(jié)果分析　69　
4.2　未知波速系統(tǒng)三維解析解定位法　70　
4.2.1　基本原理　70　
4.2.2　試驗(yàn)　74　
4.2.3　試驗(yàn)結(jié)果分析　75　
4.3　解析解和迭代協(xié)同定位法　86　
4.3.1　基本原理　87　
4.3.2　試驗(yàn)　89　
4.3.3　試驗(yàn)結(jié)果分析　90　
4.4　速度區(qū)間變窄的多步源定位法　96　
4.4.1　基本原理　96　
4.4.2　試驗(yàn)　98　
4.4.3　試驗(yàn)結(jié)果分析　100　
4.5　三維含孔洞結(jié)構(gòu)無(wú)需預(yù)先測(cè)波速定位法　102　
4.5.1　基本原理　102　
4.5.2　試驗(yàn)　107　
4.5.3　試驗(yàn)結(jié)果分析　115
參考文獻(xiàn)　116
第5章　巖體聲發(fā)射事件的分離方法　118　
5.1　巖體聲發(fā)射事件的分離方法概述　118　
5.2　巖體聲發(fā)射事件篩選　119　
5.3　巖體聲發(fā)射事件波形切割　120　
5.3.1　峰值鑒別時(shí)間、撞擊鑒別時(shí)間、撞擊閉鎖時(shí)間定時(shí)參數(shù)　120　
5.3.2　持續(xù)鑒別時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間定時(shí)參數(shù)　120　
5.3.3　波形能量包絡(luò)切割法　121　
5.4　巖體聲發(fā)射事件的識(shí)別指標(biāo)　123　
5.4.1　互相關(guān)系數(shù)　123　
5.4.2　振鈴計(jì)數(shù)　123　
5.4.3　上升時(shí)間　124　
5.4.4　信號(hào)強(qiáng)度　124　
5.5　巖體聲發(fā)射事件的識(shí)別方法　124　
5.5.1　模板通道選擇　124　
5.5.2　滑動(dòng)窗口掃描　125　
5.5.3　時(shí)差矯正　126　
5.5.4　到時(shí)提取　126　
5.6　巖體聲發(fā)射事件的分離試驗(yàn)　128　
5.6.1　單峰單事件波形切割及識(shí)別　128　
5.6.2　雙峰多事件波形切割及識(shí)別　139　
5.6.3　多峰單事件波形切割及識(shí)別　152
參考文獻(xiàn)　162
第6章　巖體多聲源的分類與機(jī)制　164　
6.1　破裂聲源分類　164　
6.1.1　破裂聲源基本類型　164　
6.1.2　不同破裂聲源的特征參數(shù)與波形差異　165　
6.1.3　破裂聲源的認(rèn)知基本原則　167　
6.2　破裂聲源類型識(shí)別方法　167　
6.2.1　聲發(fā)射特征參數(shù)的判別方法　167　
6.2.2　P波初動(dòng)的判別方法　169　
6.2.3　矩張量的判別方法　170　
6.3　微觀破裂類型與宏觀裂紋類型的關(guān)系　171　
6.3.1　峰前破裂過(guò)程中的聲源類型分布特征與演化機(jī)制　171　
6.3.2　峰后裂紋擴(kuò)展的聲源演化機(jī)制　175　
6.4　基于聲發(fā)射特征參數(shù)分類巖體破裂類型的不確定性　176　
6.4.1　試驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理　176　
6.4.2　同一試驗(yàn)分析中的不確定性　178　
6.4.3　RA-AF的衰減規(guī)律　183　
6.4.4　衰減效應(yīng)和計(jì)量誤差　186
參考文獻(xiàn)　187
第7章　不同加載環(huán)境下的巖體聲學(xué)頻譜分析　190　
7.1　巖體聲學(xué)頻譜特征參數(shù)　190　
7.1.1　頻譜主頻　190　
7.1.2　頻率質(zhì)心　191　
7.2　試驗(yàn)介紹　192　
7.2.1　試驗(yàn)試樣準(zhǔn)備　192　
7.2.2　聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備　192　
7.2.3　試驗(yàn)設(shè)計(jì)　193　
7.3　巖體單軸壓縮破裂過(guò)程聲學(xué)頻譜特征演化規(guī)律　195　
7.3.1　花崗巖單軸壓縮破裂過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)主頻演化規(guī)律　195　
7.3.2　紫砂巖單軸壓縮破裂過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)主頻演化規(guī)律　196　
7.3.3　花崗巖與紫砂巖單軸壓縮破裂過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)頻率質(zhì)心演化特征　197　
7.4　巖體雙軸壓縮和膨脹加載破裂過(guò)程聲發(fā)射信號(hào)主頻的演化規(guī)律　198　
7.4.1　花崗巖雙軸壓縮破裂過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)主頻演化規(guī)律　198　
7.4.2　花崗巖膨脹加載破裂過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)主頻演化規(guī)律　199　
7.5　巖體雙軸壓縮和膨脹加載破裂過(guò)程聲發(fā)射信號(hào)頻率質(zhì)心的演化規(guī)律　200　
7.5.1　花崗巖雙軸壓縮破裂過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)頻率質(zhì)心演化規(guī)律　200　
7.5.2　花崗巖膨脹加載破裂過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)頻率質(zhì)心演化特征　200　
7.6　聲發(fā)射波形頻譜分布特征　201　
7.6.1　單峰頻譜　202　
7.6.2　雙峰頻譜　202　
7.6.3　三峰頻譜　205　
7.6.4　四峰頻譜　207　
7.6.5　聲發(fā)射的功率譜與能量譜　208　
7.7巖體破裂過(guò)程聲發(fā)射波形頻譜演化規(guī)律　211
參考文獻(xiàn)　214
第8章　巖體破裂的尺度特征　216　
8.1　b值研究現(xiàn)狀　216　
8.2　b值計(jì)算方法　217　
8.2.1　*小二乘法　217　
8.2.2　*大似然估計(jì)法　217　
8.2.3　修正公式　218　
8.3　影響b值計(jì)算的因素分析　219　
8.3.1　擬合方法選擇　219　
8.3.2　震級(jí)間隔　219　
8.3.3　震級(jí)完整性　219　
8.3.4　樣本數(shù)的大小　222　
8.4　聲發(fā)射b值的蒙特卡洛模擬　223　
8.4.1　蒙特卡洛方法　223　
8.4.2　蒙特卡洛方法模擬結(jié)果分析　224　
8.4.3　室內(nèi)花崗巖破裂試驗(yàn)的聲發(fā)射b值分析驗(yàn)證　227　
8.5　含水狀態(tài)花崗巖單軸壓縮條件下的b值特征　229　
8.5.1　含水狀態(tài)花崗巖破裂聲發(fā)射試驗(yàn)　229　
8.5.2　b值的計(jì)算　231　
8.5.3　兩種狀態(tài)下花崗巖的b值演化規(guī)律　233　
8.6　花崗巖真三軸壓縮過(guò)程的聲發(fā)射b值特征　235　
8.6.1　花崗巖真三軸試驗(yàn)　235　
8.6.2　巖體破裂過(guò)程中的b值變化特征　240　
8.7　本章結(jié)論　257
參考文獻(xiàn)　258
第9章　巖體滑移的摩擦特性　260　
9.1　巖體滑移與摩擦　260　
9.1.1　巖體滑移臨界條件　260　
9.1.2　摩擦力及摩擦系數(shù)　261　
9.1.3　巖體摩擦滑移模式　261　
9.1.4　巖體摩擦滑移尺度　262　
9.2　巖體滑移摩擦定律與失穩(wěn)判據(jù)　263　
9.2.1　巖體滑移摩擦定律　263　
9.2.2　巖體滑移失穩(wěn)判據(jù)　264　
9.3　摩擦演化試驗(yàn)研究方法　265　
9.3.1　室內(nèi)試驗(yàn)研究　265　
9.3.2　數(shù)值試驗(yàn)研究　267　
9.4　應(yīng)力與速率依賴的摩擦特性及其聲學(xué)特征　267　
9.4.1　基于ABAQUS的滑移模擬　268　
9.4.2　雙軸剪切滑移試驗(yàn)　274　
9.5　巖體滑移摩擦特性的其他影響因素　282　
9.5.1　礦物成分　282　
9.5.2　表面形貌　283　
9.5.3　流體作用　283　
9.5.4　溫度變化　284
參考文獻(xiàn)　284
第10章　巖體聲學(xué)參數(shù)與應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系　289　
10.1　單軸壓縮試驗(yàn)聲學(xué)參數(shù)與應(yīng)力大小　289　
10.1.1　試驗(yàn)條件　289　
10.1.2　聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)　291　
10.1.3　聲發(fā)射幅值　292　
10.1.4　RA、AF值及平均頻率質(zhì)心　293　
10.1.5　聲發(fā)射事件率及波速　295　
10.2　雙軸壓縮試驗(yàn)聲學(xué)參數(shù)與應(yīng)力大小　297　
10.2.1　試驗(yàn)條件　297　
10.2.2　聲發(fā)射事件率　299　
10.2.3　聲發(fā)射幅值　301　
10.2.4　聲發(fā)射峰值頻率　302　
10.2.5　波速變化特征　303　
10.2.6　中間主應(yīng)力對(duì)巖體破裂過(guò)程的影響　305　
10.3　應(yīng)力方向辨識(shí)方法　307　
10.3.1　理論基礎(chǔ)　307　
10.3.2　實(shí)施過(guò)程建議　310
參考文獻(xiàn)　310
第11章　巖體波速場(chǎng)成像方法與試驗(yàn)驗(yàn)證　312　
11.1　巖體波速場(chǎng)成像方法概述　312　
11.2　層析成像　312　
11.2.1　層析成像概述　312　
11.2.2　射線追蹤技術(shù)　313　
11.2.3　有限差分法　316　
11.2.4　反演問(wèn)題　321　
11.2.5　模型更新方法　323　
11.2.6　伴隨狀態(tài)層析成像　325　
11.3　全波形反演　327　
11.3.1　聲學(xué)波動(dòng)方程　328　
11.3.2　時(shí)域建?！?28　
11.3.3　頻域建模　330　
11.3.4　邊界處理　331　
11.3.5　目標(biāo)函數(shù)及其梯度　334　
11.3.6　迭代優(yōu)化方法　337　
11.4　試驗(yàn)驗(yàn)證　338　
11.4.1　模擬試驗(yàn)　339　
11.4.2　室內(nèi)試驗(yàn)　342
參考文獻(xiàn)　350
第12章　巖體破裂聲源辨識(shí)的波形圖像機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用　352　
12.1　概述　352