渗流环境下岩体破坏微震响应特征与定位方法及工程应用

论文摘要

本文以岩体渐进破坏过程释放的微震信息为研究对象,结合室内试验、模拟试验、理论分析、程序开发、现场试验等手段,针对岩体破坏过程微震信息响应规律以及震源位置精确定位等问题开展了一系列研究,并取得了一定研究成果,主要结论如下:（1）为探究富水环境下的岩体破坏声发射特征,开展了天然与饱水灰岩压缩破坏声发射监测试验,结合快速傅里叶变换、离散小波变换以及短时傅里叶变换等手段,揭示了水对于岩石破裂声发射时域参数的弱化效应,发现了饱水岩样破坏过程主频特征稳定的特点。（2）开展了岩体渐进破坏微震监测模拟试验,对比分析了岩石破裂信号与开挖振动、水压加载信号在波形、频率等方面的特征性差异,揭示了岩体动力灾变过程典型微震信号的主频演化规律以及特征微震信息响应模式,发现了岩体渐进破坏过程微震活动的“低水平稳定波动—小幅增长—加速上升—迅速回落”的总体变化趋势。（3）针对传统线性定位算法求解误差较大的缺陷,提出了一种基于人工蜂群-杜鹃融合理论的微震源定位算法,并引入均质长方体模型与非均质正方体模型进行了不同算法在波速已知和未知条件下的震源反演结果精度与离散性分析,结果证明了将波速作为未知量与震源坐标联合反演具备极强的可行性,且融合算法克服了以往线性算法对速度模型依赖过高的缺陷,一定程度上改善了非线性算法易陷入局部最优的通病,极大提高了震源定位效果以及输出解的稳定性。（4）通过开展富水环境下的围岩活动微震现场监测试验,进一步验证了ABC-CS优化融合算法的实际定位效果,证明了该算法的可行性与优越性,并刻画了应力重分布作用下的微震活跃区域,分析了期间微震活动变化规律与岩石破裂信号演化特征,为隧道工程安全监测带来了较高的实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与选题意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 渗流—应力耦合试验方面
•     1.2.2 微震监测技术应用方面
•     1.2.3 微震定位算法研究方面
•   1.3 论文主要研究内容与创新点
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 创新点
•     1.3.3 技术路线
• 第二章 天然与饱水灰岩单轴压缩声发射监测试验
•   2.1 声发射监测原理
•   2.2 试验内容
•     2.2.1 试样制备
•     2.2.2 声发射传感器布设
•     2.2.3 试验监测系统设置
•   2.3 试验结果与分析
•     2.3.1 时域参数分析
•     2.3.2 频率特征
•     2.3.3 时频分析
•     2.3.4 定位结果
•   2.4 本章小结
• 第三章 岩体渐进破坏微震监测模拟试验
•   3.1 试验装置与材料
•     3.1.1 微震监测系统
•     3.1.2 全自动真三轴地质力学模拟试验系统
•     3.1.3 试验体材料配比与制作
•   3.2 监测系统与试验流程设计
•     3.2.1 监测系统方案设计
•     3.2.2 试验流程设计
•   3.3 试验结果与分析
•     3.3.1 信号识别与分析
•     3.3.2 微震信息时频特征
•     3.3.3 微震活动分布规律
•     3.3.4 微震事件空间定位
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于ABC-CS优化融合算法的微震源定位方法
•   4.1 微震定位方法及原理
•     4.1.1 经典GEIGER定位法
•     4.1.2 粒子群算法
•   4.2 人工蜂群-鹃优化融合算法
•     4.2.1 人工蜂群算法
•     4.2.2 杜鹃算法
•     4.2.3 人工蜂群-杜鹃优化融合算法
•   4.3 均质模型震源定位
•     4.3.1 震源定位函数构建
•     4.3.2 震源定位计算模型
•     4.3.3 震源定位结果分析
•   4.4 非均质模型震源定位
•     4.4.1 震源定位计算模型
•     4.4.2 震源定位结果分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 工程应用
•   5.1 工程概况
•   5.2 微震监测系统构建
•     5.2.1 微震台网布设方案
•     5.2.2 传感器安装工艺
•   5.3 微震监测数据分析
•     5.3.1 标定震源定位测试
•     5.3.2 微震事件定位结果
•     5.3.3 微震信息时频特征
•     5.3.4 微震活动响应规律
•   5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 在读期间参与的科研项目
• 在读期间发表的论文
• 在读期间申请的专利
• 在读期间获得的奖励
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 闫章程

导师: 李利平

关键词: 渐进破坏,微震,波形特征,主频,演化规律,定位算法

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 山东大学

分类号: TU45

总页数: 98

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