一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法与流程

技术特征：
1.一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：搭建应力、声发射、ct一体化实验系统，进行岩体单轴加载破坏实验；步骤2：通过ct对试样进行三维扫描确定岩体受载破裂源形态、空间位置；步骤3：采集加载过程中岩样破裂产生的震动波数据，并将其分解为p波和s波；步骤4：根据岩样尺寸与破裂源形态，建立精细化数值模型；步骤5：将步骤3得到的位移矢量辐射模式不同的p波和s波按其固有分布特征加载至步骤4建立的数值模型破裂源；步骤6：采集距离破裂源不同空间位置ppv；并基于ppv破坏准则从时间维揭示震动波对岩体破坏规律；步骤7：根据应力f分布规律，计算距破裂源不同空间位置能量u分布特征，从空间维揭示震动波对岩体破坏规律；步骤8：基于步骤6采集到的ppv与步骤7计算得到的能量构建三维可视化动态云图，从时、空联合维度揭示震动波对岩体作用规律。2.根据权利要求1所述的一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法，其特征在于：所述步骤1中，力学加载系统可对标准岩石试样进行单轴加载；三维ct重构是利用x射线对试样进行扫描，并对扫描数据进行三维重构可得到试样内部破裂源；声发射监测系统可将岩样破裂产生的振动转化为震动波信号。3.根据权利要求1所述的一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法，其特征在于：所述步骤3中，对岩样破裂产生的震动波，利用时频重分配及经验模态分解可将其分解为p波和s波。4.根据权利要求1所述的一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法，其特征在于：所述步骤4中，建立的岩样模型与步骤1中进行单轴加载实验的试样保持一致；建立的破裂源模型与步骤2中ct扫描并三维重构后提取得到的破裂源形态保持一致。5.根据权利要求1所述的一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法，其特征在于：所述步骤5中，破裂源形态决定震动波中p波和s波的位移矢量辐射模式。6.根据权利要求5所述的一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法，其特征在于：当破裂源为剪切破裂时，震动波位移矢量辐射模式为：当破裂源形态为拉伸破裂时，震动波位移矢量辐射模式为：
其中，d
l
为p波位移，d
m
为sv波位移，d
n
为sh波位移，ρ为岩石密度，υ
α
为p波速度，υ
β
为横波速度，d为距震源的距离，t为震动波传播时间，θ为位移矢与z轴夹角，为位移矢与x轴夹角，f为距震源距离d位置的力。7.根据权利要求1所述的一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法，其特征在于：所述步骤6中，所述ppv为加载全程震动波峰值粒子振动速度。8.根据权利要求1所述的一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法，其特征在于：所述步骤7中，破坏岩体所需最小能量为：其中，e为岩体弹性模量，δ
c
为岩石单轴抗压强度；所述空间位置能量u计算公式为：其中，f为岩体弹性模量，ξ为岩体在力作用下产生的应变，当岩体空间位置能量大于岩体破坏所需最小能量即岩体储能极限时，岩体即发生破坏。9.根据权利要求1所述的一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法，其特征在于：所述步骤8中，所构建ppv与能量三维可视化动态云图中，参数ppv和能量u确定不同时刻和不同空间位置岩体破坏特征，二者综合分析可量化计算震动波对岩体破坏规律。

技术总结
本发明公开了一种精细计算震动波时空破岩规律的量化方法，其包括以下步骤：搭建应力、声发射、CT一体化实验系统，进行岩体单轴加载破坏实验；通过CT对试样进行三维扫描确定岩体受载破裂源形态、空间位置；采集加载过程中岩样破裂产生的震动波数据，并将其分解为P波和S波；根据岩样尺寸与破裂源形态，建立精细化数值模型；将步骤3得到的位移矢量辐射模式不同的P波和S波按其固有分布特征加载至步骤4建立的数值模型破裂源；采集距离破裂源不同空间位置PPV；并基于PPV破坏准则从时间维揭示震动波对岩体破坏规律。本发明方法能够精细化计算煤岩破裂产生的震动波在各时刻和各空间位置对岩体的破坏，为冲击地压或岩爆针对性防治起到指导作用。指导作用。指导作用。


技术研发人员：何生全 申峰 宋大钊 何学秋 李振雷
受保护的技术使用者：中安安全工程研究院
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/3/3