岩石破裂过程中红外温度场瞬时变化异常探究

 为探寻岩石破裂失稳过程中红外温度场的突变异常,在提出“红外温变场(ITVF)”概念的基础上,以高温水浸透粉砂岩加载过程的红外监测试验为例证,对岩石破裂失稳过程中红外温度场的瞬时变化特征进行深入探究,结果表明：(1) 饱水粉砂岩破裂失稳过程中ITVF的特征参数(极差R、峰度K、突变比率MR)存在陡增的突变异常;(2) 3指标异常主要集中于峰后破裂阶段,趋于在压力降显现时刻伴随出现,出现频率在 88.8 % 以上;(3) 异常原因在于当变形进入塑性–峰后破裂阶段,试件表面破裂加剧发育引起红外温度场突变,一方面使得红外温变速率大幅度向极大或极小值方向迁移,导致R值出现突增异常;另一方面使得ITVF异常值的数量突然增加,引起K,MR发生陡增异常;(4) 在延性岩石破裂过程中ITF突变的异常现象具有一定的普遍性。该研究为探寻岩石灾变的红外异常前兆提供了新思路和新方法,对岩石灾变的红外预警技术的推广应用具有理论指导意义。     

利用多分辨率分析法进行圆拱结构裂纹定位

小波分析可以同时在时域和频域取得最佳分辨率,这使得小波理论成为处理非平稳信号的有利工具。将小波理论引入到分析损伤结构的特征信号有利于准确地评价结构健康状况。本文将利用小波多分辨率分析对单、双位置的拱结构损伤进行定位研究。数值算例表明:利用sym4小波通过对多分辨率分析的高频成份进行单支重构,其重构系数的突变可以指示出裂纹位置。此外,对多位置的损伤识别,小波多分辨率分析依然有效。     

Decision Tree算法在地质建模岩性识别中的研究

针对地质建模时,人工识别山体内部岩石的局限性、低效率且易受主观因素影响等问题,提出了基于地震波反射信号的岩石类型自动识别技术。通过处理地震波反射信号获得岩石力学参数,采用Decision Tree ID3算法,提取岩石密度、波速、弹性模量、剪切模量,构建岩性识别模型分类器。通过该分类器对某山体内部岩石类型进行判断,研究结果证明:研究区内部多为辉长岩,玄武岩最少,通过模型分类结果与研究区真实地质对比分析,玄武岩正判率达到93%,安山岩、闪长岩正判率达到100%,花岗岩正判率达到88%,决策树建立的分类器模型能够基于地震波反射信号高效、准确地识别岩石岩性。     

硬岩深孔爆破破坏范围地震波CT测试

硬岩巷道掘进工作效率受岩石硬度影响较大,采用深孔爆破可以对岩层产生不同程度的弱化作用。为了有效评价爆破弱化范围及特征,采用地震波CT测试技术,在不同开挖断面布置CT测试观测系统进行数据采集,利用SIRT反演方法获得断面波速分布结果,进一步划分爆破波速异常范围作为岩石弱化范围。实际应用结果表明,本次测试爆破孔弱化范围在0.4～1.2m,且影响程度沿钻孔自外向内有减小的趋势。该方法测试效果显著,可为爆破技术改进提供有效的技术参数。     

采空区覆岩动力反应规律研究

基于有限元模型,对采空区顶板覆岩的抗震变形稳定性进行了分析,通过水平和竖直方向不同地震波峰值的输入,得到岩体中最大位移的发生位置及加速度的分布规律,为采空区上方覆岩与地表建筑相互影响的研究提供了理论依据。     

爆炸地震波荷载下饱和砂土液化有效应力法分析

基于有效应力动力分析法，采用Byme体变孔压模型，运用二维显式有限差分程序FLAC对饱和砂土分别在单点、两点（微差）和多点（微差）爆炸地震波荷载作用下进行有效应力法分析，分别考虑了水平、微倾以及斜坡场地3种工况，数值模拟结果表明，少量参数的体变模型在进行液化分析时具有简单实用等特点，并且不同场地的砂土特性不尽相同。     

爆破地震波作用下框架结构与地基基础协同工作时程分析

爆破地震波荷载不同于构造地震波荷载。本文采用ANSYS有限元分析程序,分别对爆破地震波作用下框架结构在考虑基础固结及考虑地基基础协同工作两种情况进行了空间对比时程分析;并针对协同工作体系,研究了其在爆破地震波和构造地震波作用下的动力特性。分析结果表明:基础固结模型的位移响应较之协同工作模型要小得多,但其内力响应却有所增大,局部还存在突变的情形;此外还得出了两种波作用下结构的动力反应存在较大差异。     

粘弹性准饱水岩层中地震波的传播

从工程实践出发，采用粘弹性两相介质模型，详细研究了地震波在准饱水岩层中的传播问题。由于此模型不但考虑了岩层骨架的粘性，而且考虑了饱和度对地震波传播的影响，从而可以全面地了解地震波在准饱水岩层中的传播特性。该模型比以往研究地震波的模型更具合理性。采用数值算例对饱和度、频率、含水量对地震波的波速和衰减系数的影响进行了细致的分析，并得出了一些重要的结论。     

岩石超声波信号的小波时频分析

岩石超声波信号是一种非平稳信号.由于传统的短时Fourier变换(STFT)使用的窗函数固定,分辨率单一,其分析结果只能大致反映信号能量随时间的变化.小波变换(WT)以小波基为变换基础,具有多分辨率特点,其分析结果较详细地反映了质点震动强度随时间的衰减起伏变化.分析认为小波变换是一种更优越的处理岩石声学信号的时频方法.     

长周期结构弹塑性时程分析的地震波选取

长周期结构在大震作用下进入弹塑性状态,结构刚度退化,周期延长,地震波对应的反应谱与规范反应谱在长周期段的拟合程度对结构的安全性判 断有较大影响。提出长周期反应谱拟合系数作为长周期结构在弹塑性时程分析中地震波选取的依据,通过六千多条强震记录的统计分析,得到不同场地条件 下适用于长周期结构弹塑性时程分析的地震波库,保证所选取地震波对应的反应谱与规范反应谱在3~6s段统计意义上相一致。     

采场顶板破断型震源机制及其分析

 作为一种区域、实时、动态监测手段,微震监测技术用于预测预报冲击矿压等地质灾害乃至防灾减灾完全可行,而不同震源震动机制的研究是微震法预测预报冲击矿压的前提和基础。采场顶板是影响煤矿冲击矿压发生的重要因素,在分析采场坚硬顶板断裂过程的基础上,建立坚硬顶板断裂震动的等效点源模型,并根据该模型用震动波理论分析坚硬顶板断裂的震动位移方程,揭示了坚硬顶板断裂的震源机制,并通过三河尖矿微震监测的坚硬顶板断裂信号验证分析结果的正确性。研究表明,采场顶板由于受源外介质的拉力作用,断裂时震源会产生波前向外传播的压缩波,震源处岩体破坏主要为张性拉伸破坏。研究结果可为顶板型冲击矿压的预测预报和防治提供理论依据。     

用空间分布信号的小波变换识别岩石材料的损伤

以空间分布信号的小波变换技术为基础，提出了一个识别岩石材料损伤的新方法。这个方法的理论基础是：岩石材料的损伤将使得结构的测量信号在损伤部位产生扰动。尽管测量信号中包含着材料损伤的信息，但很难直接从测量信号中发现损伤的确切位置，不过可以从测量信号的小波变换中发现损伤的位置，并用实验验证了这种方法的可靠性，即用声发射实验对含有预制裂纹的圆柱形水泥砂浆试样进行检测，可以得到沿试样轴向不同位置处的初至波幅度，对初至波幅度信号进行小波变换，结果表明，损伤位置与小波系数出现较大扰动的位置相对应，这说明本方法是可行的。     

Application of stress wave propagation technique for condition assessment of timber poles

Abstract

The stress wave propagation technique can be effectively used to assess the condition of timber utility poles. However, reliable detection of damage based on the reflected wave within the time domain is not always possible. Therefore, various signal processing methods such as frequency-domain analysis and time-frequency analysis can be adopted to overcome this problem depending on the application. In this paper, Hilbert–Huang and continuous wavelet transforms are selected as signal processing methods to analyse the reflected wave. The signal is initially subjected to an empirical mode decomposition process prior to the computation of instantaneous frequencies of the decomposed signals using the Hilbert–Huang transformation. The anomalies in the instantaneous frequency plots can be used to identify any damage and its location along the pole. Additionally, the decomposed signals are subjected to a wavelet transformation to further confirm the existence of damage. The combined Hilbert–Huang and continuous wavelet transform technique is applied to the stress wave signal recorded from the in-service poles to assess the accuracy of the proposed method. This method increases the confidence level of defect identification of timber utility poles.     

沉积相变岩体声波速度特征的试验研究

声波测试技术发展至今已有30多年的历史,但对声波速度与岩石力学特性相关联的问题研究还只是处于起步阶段。以淮南潘三矿区地质条件为研究背景,以相似物理模拟试验和数值模拟技术为主要研究手段,研究潘三矿区沉积相变岩体声波速度特征及其影响因素,得出岩体中相变体的存在改变岩体应力分布特征:在相变体上部一般为承压区,端部为应力集中区。相变体的存在也使模型中声波速度产生新的分布,相变体上部声波速度较其下部速度大,相变体中声波速度一般较低,经过相变介质声波速度受相变体影响速度变小。研究结果对地下工程声波探测及煤田地震进行精细构造勘探具有重要意义。     

围岩压力对爆破信号频域能量分布影响研究

随着金属矿山开采深度进一步加大,上覆岩体引起的高围压极易导致围岩发生片帮冒顶等失稳破坏,目前,所建立的爆破震动效应安全判据均未考虑开挖深度及围岩压力因素。笔者通过对不同围岩压力下巷道围岩的爆破震动效应进行数值模拟,利用小波能量理论在频域范围内分解巷道围岩响应信号,得到响应信号的频带总能量以及在不同频率区间内的能量分布,并得出围岩压力对响应信号频带总能量以及频带能量分布的影响规律。结果表明:围岩压力越大,响应信号的频带总能量越大,且频带总能量的增幅以主频带内能量增幅为主;随着围岩压力增大,次频带内能量向主频带内转移,导致频带能量趋于集中。明确不同围岩压力作用下爆破震动信号频域能量的分布规律,为进一步建立考虑围岩压力因素的爆破震动效应安全判据奠定基础。     

大坝升船机地震鞭梢效应智能控制的振动台试验

大坝升船机顶部厂房与底部塔柱结构之间的侧移刚度突变造成了顶部厂房强烈的地震鞭梢效应。针对此问题,本文进行了屋盖MR智能隔震系统对大坝升船机地震鞭梢效应智能控制的振动台试验研究。屋盖MR智能隔震系统由隔震垫、磁流变(MR)阻尼器及控制系统组成,安装在厂房的柱子顶部。首先采用修正的Bingham模型得到数据来训练神经网络以反映MR阻尼器的逆向动力特性,然后与模糊算法结合通过dSPACE实时控制系统得到阻尼器的最优控制信号。试验结果表明:模糊-神经控制方法能有效控制屋盖MR智能隔震系统,使得大坝升船机顶部厂房的鞭梢效应明显减小,排架柱顶位移减小了50%,隔震层相对位移减小了57%。     

圈定基岩爆破损伤范围的声层析成象技术

将地震层析成象技术与弹性波跨孔测量法相结合，形成了一条圈定基岩爆破损伤范围的新途径。同时，结合爆破地震波衰减方程，分析了三峡工程节理裂隙岩体临界振动速度的范围。     

隧道围岩爆破地震累积效应研究

针对公路隧道施工循环爆破作业展开爆破震动累积效应研究.基于现场爆破震动监测与波与能量的相关理论,提出利用单位药量与距离条件下的爆破地震波面积(单位等效面积)分析评估单位药量与距离条件下的爆破震动对结构与围岩介质的影响,通过比较质点振动速度波形面积的变化可分析评估围岩介质体中的爆破震动能的分布与药量和距离的关系,以及围岩介质体物理力学性质的改变与爆破震动能衰减的关系.并提出了爆破地震波单位等效面积的计算方法,通过非药量和距离因素影响下质点振动速度波形单位等效面积分析,合理评估单位爆破震动能在围岩体中的分布状况,以及爆破震动作用下的介质体本身物理力学性质的改变,并可推断与阐述围岩介质体中不连续结构面(体)的总体分布状况,以及在爆破震动作用下的发生与扩展情况和与爆破地震波的互相作用.