巖石破裂過程紅外與聲發(fā)射聯(lián)合監(jiān)測實驗研究.pdf

1、巖石受力災變過程會產生多種物理效應，引起如電磁輻射（包括紅外輻射）、聲發(fā)射、形變、溫度等物理量的變化，通過不同監(jiān)測手段對這些物理量進行聯(lián)合觀測，將采集的多種信息關聯(lián)和綜合分析，以解決單一信息源無法識別或準確識別巖石災變前兆的問題。
　　本文首先研究了巖石加載過程紅外輻射溫度場與聲發(fā)射特征的定量表示方法:為刻畫加載過程紅外輻射溫度場的分異特征，引入分形、熵和統(tǒng)計學理論，提出用特征粗糙度、熵和方差作為指標定量描述加載過程紅外輻射溫度場

2、的演化特征;研究了多種聲發(fā)射特征參數，包括聲發(fā)射能量參數（能率和累積能量）、事件參數（事件率和累積事件數）、b值，并將熵引入到巖石聲發(fā)射參數中。然后，進行了三種典型巖石試樣加載（包括含孔巖石雙軸加載、巖石剪切加載、雁列模型雙軸加載）過程的紅外輻射和聲發(fā)射聯(lián)合監(jiān)測實驗，獲取加載過程的多個熱像和聲發(fā)射參數，系統(tǒng)分析了加載過程熱像和聲發(fā)射參數的變化特征和前兆特性，最后進行兩者之間的對比分析。主要得到以下結論:
　　1)提出了紅外熱像定量

3、特征描述的3個指標—熱像特征粗糙度、熵值和方差，發(fā)現3種指標都能較好地定量刻畫巖石加載過程紅外輻射溫度場的演化與分異特征，效果均好于以往使用的指標AIRT。3個指標在巖石加載過程中基本表現出三階段的變化特征，分為初期穩(wěn)定階段、中期上升階段和后期加速上升階段，分別反映出巖石加載不同階段紅外輻射溫度場的分異程度。熱像特征粗糙度對溫度場的局部變化更敏感，熵值適宜于刻畫巖石加載的階段性特征，但其巖石破裂前兆識別能力不如方差和特征粗糙度。

4、　　2)系統(tǒng)研究了巖石加載過程中表征聲發(fā)射時序特征的6個參數，發(fā)現不同聲發(fā)射參數在巖石加載過程中的表現特征不同，聲發(fā)射能量參數表現為加載前期低能量釋放、中期慢速增加和后期快速釋放;聲發(fā)射事件參數表現為低應力階段較小、中應力階段隨應力增加而增加、高應力階段突然轉入平靜;b值表現為前期波動性下降和后期臨破壞時的快速下降;而熵值的變化則與b值正好相反。各參數的對比發(fā)現，聲發(fā)射能量參數和事件參數能夠反映巖石應力發(fā)展的階段性，而聲發(fā)射b值和聲發(fā)射

5、熵值僅能捕捉巖石破壞前兆。在前兆的表征方面，熵值出現前兆最早，b值最晚，聲發(fā)射累積參數曲線對于巖石破壞前兆識別最為容易，也易于在工程實踐中操作。
　　3)對巖石加載過程中紅外與聲發(fā)射演化特征進行對比，發(fā)現巖石破裂聲發(fā)射前兆要早于紅外熱像前兆。聲發(fā)射參數適宜于巖石破壞早期預報，紅外熱像參數適宜于晚期或短臨預報。將熱成像技術和聲發(fā)射技術聯(lián)合應用于巖石受力災變監(jiān)測，能夠提高災變前兆識別的可靠性。
　　本研究成果豐富了遙感-巖石力學