巖石破裂過程紅外與聲發(fā)射聯(lián)合監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、巖石受力災(zāi)變過程會(huì)產(chǎn)生多種物理效應(yīng)，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(cè)手段對(duì)這些物理量進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)，將采集的多種信息關(guān)聯(lián)和綜合分析，以解決單一信息源無法識(shí)別或準(zhǔn)確識(shí)別巖石災(zāi)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(chǎng)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(chǎng)的分異特征，引入分形、熵和統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，提出用特征粗糙度、熵和方差作為指標(biāo)定量描述加載過程紅外輻射溫度場(chǎng)

2、的演化特征;研究了多種聲發(fā)射特征參數(shù)，包括聲發(fā)射能量參數(shù)（能率和累積能量）、事件參數(shù)（事件率和累積事件數(shù)）、b值，并將熵引入到巖石聲發(fā)射參數(shù)中。然后，進(jìn)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(cè)實(shí)驗(yàn)，獲取加載過程的多個(gè)熱像和聲發(fā)射參數(shù)，系統(tǒng)分析了加載過程熱像和聲發(fā)射參數(shù)的變化特征和前兆特性，最后進(jìn)行兩者之間的對(duì)比分析。主要得到以下結(jié)論:
　　1)提出了紅外熱像定量

3、特征描述的3個(gè)指標(biāo)—熱像特征粗糙度、熵值和方差，發(fā)現(xiàn)3種指標(biāo)都能較好地定量刻畫巖石加載過程紅外輻射溫度場(chǎng)的演化與分異特征，效果均好于以往使用的指標(biāo)AIRT。3個(gè)指標(biāo)在巖石加載過程中基本表現(xiàn)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(chǎng)的分異程度。熱像特征粗糙度對(duì)溫度場(chǎng)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(shí)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(shí)序特征的6個(gè)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)不同聲發(fā)射參數(shù)在巖石加載過程中的表現(xiàn)特征不同，聲發(fā)射能量參數(shù)表現(xiàn)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(shù)表現(xiàn)為低應(yīng)力階段較小、中應(yīng)力階段隨應(yīng)力增加而增加、高應(yīng)力階段突然轉(zhuǎn)入平靜;b值表現(xiàn)為前期波動(dòng)性下降和后期臨破壞時(shí)的快速下降;而熵值的變化則與b值正好相反。各參數(shù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，聲發(fā)射能量參數(shù)和事件參數(shù)能夠反映巖石應(yīng)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(xiàn)前兆最早，b值最晚，聲發(fā)射累積參數(shù)曲線對(duì)于巖石破壞前兆識(shí)別最為容易，也易于在工程實(shí)踐中操作。
　　3)對(duì)巖石加載過程中紅外與聲發(fā)射演化特征進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)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(shù)適宜于巖石破壞早期預(yù)報(bào)，紅外熱像參數(shù)適宜于晚期或短臨預(yù)報(bào)。將熱成像技術(shù)和聲發(fā)射技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于巖石受力災(zāi)變監(jiān)測(cè)，能夠提高災(zāi)變前兆識(shí)別的可靠性。
　　本研究成果豐富了遙感-巖石力學(xué)