一种基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法

本申请涉及断层物理分析，特别是涉及一种基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法。

背景技术：

1、断层是岩石圈中脆性条件下形变补偿的核心构造单元，在较深地层中可延伸至塑性变形剪切带，导致不同断层段的变形机制存在显著差异。这类构造在岩石圈中广泛分布且多呈群集状产出，充分表明地下结构的复杂多样性远超预期。

2、室内剪切实验是研究断层滑动机制的核心手段，具有重要学术与应用价值。早期室内剪切实验中常用的第一种方法是锯切法，第二种方法是在实验装置内对圆柱形岩石试样进行压裂，进而测量由此产生的裂隙滑动摩擦力，第三种方法常用于测量摩擦力的实验装置是旋转剪切装置，第四种方法是三轴剪切试验。其中，三轴剪切试验与旋转剪切试验作为研究岩土体和断层力学行为的关键手段，均存在一个共同的显著局限：其观测手段主要依赖于试样外部的宏观力学参量，而无法对剪切局部化带内部进行原位、同步的多物理场观测。因此，难以全面获取断层滑动过程中伴随产生的位移、孔隙压力动态变化、局部应变场演化及声波等关键物理特征参数信息，使得实验过程在一定程度上成为“黑箱”，将导致断层滑动能量转换与弱化机理理解不全，以及后续本构模型构建失准，从而制约地震成核与动态破裂预测的可靠性。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，可通过双直剪切实验平台提取断层物理特征参数，提高制约地震成核与动态破裂预测的可靠性。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案。

3、本申请提供了一种基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，包括：

4、搭建双直剪切实验平台；所述双直剪切实验平台是在双轴加载机上设置有声波传感器、位移传感器、电涡流传感器和力学传感器的平台；

5、在所述双直剪切实验平台上，对待测断层样本进行断层滑动实验，得到待测断层样本的实验数据序列；所述实验数据序列包括：轴向应变序列、剪切应力序列、侧向应变序列和声波信号；所述声波信号包括：无应力状态下的声波信号和施加应力状态下的声波信号；

6、基于汉宁窗平滑和傅里叶变换方法，对所述剪切应力序列进行筛选，得到多个峰值时刻；

7、在预设突变区间内，对多个峰值时刻对应的实验数据序列进行提取，得到断层物理特征参数；所述断层物理特征参数包括：剪切应力降、平均剪切应力强度、滑动速率、厚度变化量、透射系数、纵波波速和尾波自相关系数。

8、根据本申请提供的具体实施例，本申请具有了以下技术效果：

9、本申请，首先搭建了搭建双直剪切实验平台，且双直剪切实验平台是在双轴加载机上设置有声波传感器、位移传感器、电涡流传感器和力学传感器的平台，采用了新型的剪切实验平台，引入了声波传感器、位移传感器、电涡流传感器和力学传感器用于进行断层滑动实验时进行实验数据的检测，测得了轴向应变序列、剪切应力序列、侧向应变序列和声波信号（无应力状态下的声波信号和施加应力状态下的声波信号），再通过汉宁窗平滑和傅里叶变换方法对剪切应力序列进行筛选，确定多个峰值时刻，在预设突变区间内，对多个峰值时刻对应的实验数据序列进行提取，得到断层物理特征参数（剪切应力降、平均剪切应力强度、滑动速率、厚度变化量、透射系数、纵波波速和尾波自相关系数），实现了对断层滑动实验过程中断层物理特征参数的提取，使断层滑动实验过程透明化，通过双直剪切实验平台提取断层物理特征参数，能够映射断层滑动能量转换与弱化机理之间的关系，提高后续本构模型构建的准确性，从而提高地震成核与动态破裂预测的可靠性。

1.一种基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，其特征在于，所述双轴加载机包括：依次排布的三个花岗岩块；

3.根据权利要求1所述的基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，其特征在于，基于汉宁窗平滑和傅里叶变换方法，对所述剪切应力序列进行筛选，得到多个峰值时刻和对应的峰值高度，具体包括：

4.根据权利要求3所述的基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，其特征在于，所述汉宁窗平滑的表达式为：

5.根据权利要求1所述的基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，其特征在于，在预设突变区间内，对多个峰值时刻对应的实验数据序列进行提取，得到断层物理特征参数，具体包括：

6.根据权利要求5所述的基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，其特征在于，基于声波信号，确定无应力状态下声波的峰峰值和施加应力状态下声波的峰峰值，具体包括：

7.根据权利要求5所述的基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，其特征在于，所述滑动速率的计算公式为：

8.根据权利要求5所述的基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，其特征在于，所述厚度变化量的计算公式为：

9.根据权利要求5所述的基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，其特征在于，所述透射系数的计算公式为：

10.根据权利要求5所述的基于双直剪切实验平台的断层物理特征参数提取方法，其特征在于，所述尾波自相关系数的计算公式为：