岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (2): 451-461.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0695

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

传感器校准对花岗岩单轴压缩矩张量分析的影响

任义1,吴顺川1, 2,高永涛1,甘一雄1   

  1. 1. 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083;2. 昆明理工大学 国土资源工程学院,云南 昆明 650093
  • 收稿日期:2020-05-25 修回日期:2020-11-05 出版日期:2021-02-10 发布日期:2021-02-09
  • 通讯作者: 吴顺川,男,1969年生,博士,教授,主要从事岩土工程、采矿工程方面的教学与研究工作。E-mail: wushunchuan@ustb.edu.cn E-mail: rymr0611@gmail.com
  • 作者简介:任义,男,1992年生,博士研究生,主要从事矩张量分析及岩石力学试验研究方面的工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51774020,No. 51934003);国家重点研发计划专项(No. 2017YFC0805300)。

Effect of sensor calibration on moment tensor analysis of granite uniaxial compression

REN Yi1, WU Shun-chuan1, 2, GAO Yong-tao1, GAN Yi-xiong1   

  1. 1. Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mine, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. Faculty of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093, China
  • Received:2020-05-25 Revised:2020-11-05 Online:2021-02-10 Published:2021-02-09
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51774020, 51934003) and the National Key Research and Development Program of China (2017YFC0805300).

摘要: 矩张量反演理论是研究岩石破裂机制的有效手段,但反演结果易存在较大误差,从而误导对震源机制的理解。为更加清晰地了解岩石宏观破裂面的产生过程及发生机制,基于花岗岩单轴压缩试验,借助超声波测试和声发射监测等手段,对岩石破裂震源进行定位分析,筛选位于宏观破裂面附近且定位误差较小的事件进行矩张量反演研究,并采用监测网校准法对传感器进行校准。结果表明:震源定位结果与试样宏观破裂面所在位置较为吻合;传感器校准使得震源矩张量反演误差(RMS)大幅降低,各事件在T-k图和P/T轴图上的分布更加集中,震源剪切成分及各类型事件占比随之改变;校准之后各事件的走向角、倾角及滑动角分布更加集中,与试样的宏观破裂面较为一致;部分震源的张裂角由负转正。以上结果较为合理地解释了试样破裂过程及破裂机制,突出了传感器校准对矩张量反演的重要性,为更加深入地了解岩石破裂机制提供了指导和借鉴。

关键词: 矩张量反演, 破裂机制, 单轴压缩, 校准, 定位

Abstract: Moment tensor inversion theory is an effective method to study the rock failure mechanism. However, the inversion results are prone to large errors, which can mislead the understanding of fracture mechanism. In order to achieve a better understanding of the generation process and the mechanism of the rock macro-fracture surface, we perform a location analysis of source events based on the uniaxial compression test of a granite sample, with the help of ultrasonic testing and acoustic emission monitoring. The events near the macro-fracture with small location errors are selected for moment tensor inversion. Then, we use the network calibration method to calibrate the sensors so that more accurate moment tensors can be obtained. The results show that the source event locations are in good agreement with the locations of the specimen's macro-fracture. After the sensors having been calibrated, there are a few noticeable observations. The inversion root-mean-square (RMS) errors of moment tensors reduce significantly. The distributions of events on the T-k plot and P/T axis plot become more concentrated. The shear component and the proportion of different types of events change accordingly. The distributions of strike, dip and rake angles of the events become more concentrated, which are in general consistent with the macro-fracture of the specimen. The tensile angles of some events change from negative to positive. The above results reasonably explain the failure process and mechanism of the specimen and highlight the importance of sensor calibration for the moment tensor inversion, which can be a useful tool to provide guidance and reference for a deeper understanding of rock failure mechanism.

Key words: moment tensor inversion, failure mechanism, uniaxial compression, calibration, location

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