岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (1): 157-165.doi: 10.16285/j.rsm.2018.1411

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

花岗岩破裂过程声发射关键信号时 频特征试验研究

张艳博1, 2,孙林1, 2,姚旭龙1, 2,梁鹏1, 2,田宝柱1, 2,刘祥鑫1, 2   

  1. 1. 华北理工大学 矿业工程学院,河北 唐山 063210;2. 华北理工大学 河北省矿业开发与安全技术重点实验室,河北 唐山 063210
  • 收稿日期:2018-08-01 修回日期:2019-06-04 出版日期:2020-01-13 发布日期:2020-01-05
  • 作者简介:张艳博,男,1973年生,博士,教授,主要从事采矿工程与岩土工程方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No.51574102,No.51804122);河北省自然科学基金项目(No.E2017209241);河北省教育厅高校百名优秀创新人才支持计划(No.SLRC2017050)

Experimental study of time-frequency characteristics of acoustic emission key signals during granite fracture

ZHANG Yan-bo1, 2, SUN Lin1, 2, YAO Xu-long1, 2, LIANG Peng1, 2, TIAN Bao-zhu1, 2, LIU Xiang-xin1, 2   

  1. 1. School of Mining Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan, Hebei 063210, China; 2. Key Laboratory of Mining and Safety Technology of Hebei Province, North China University of Science and Technology, Tangshan, Hebei 063210, China
  • Received:2018-08-01 Revised:2019-06-04 Online:2020-01-13 Published:2020-01-05
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51574102, 51804122), the Natural Science Foundation of Hebei Province (E2017209241) and the Supporting Plan for 100 Excellent Innovative Talents in Colleges and Universities of Hebei Education Department (SLRC2017050).

摘要: 开展花岗岩单轴压缩试验,利用决策树模型,构建岩石破裂过程关键声发射信号的提取方法,并通过选取特征参数将提取的关键信号分类,分析各类关键声发射信号的时频参数特征,进一步探讨各类信号所对应的岩石破裂机制。研究结果表明,基于决策树模型建立的岩石破裂关键声发射信号提取方法,能够有效提取岩石破裂过程中影响整体结构稳定性的关键破裂事件对应的声发射信号,准确率在90%以上。根据关键信号特征提取规则将信号分成A、B、C、D 4类,A类信号对应岩石在宏观破裂时产生的开裂、扩展型破裂;B类信号为岩石临近破裂与峰后阶段出现的大量小尺度开裂、扩展型破裂;C类信号对应岩石宏观破裂前产生的剪切滑移型破裂;D类信号对应岩石整体破坏后产生的小尺度张剪复合型破裂。

关键词: 岩石力学, 声发射, 决策树, 特征提取, 破裂模式

Abstract: Based on the uniaxial compression experiment of granite and decision tree model, the extraction method of key acoustic emission signals in rock fracture process is constructed. The extracted key signals are firstly classified by choosing the characteristic parameters, and the time-frequency features of the various key acoustic emission signals are analyzed, then the rock fracture mechanisms corresponding to these signals are discussed. The results show that with a signal recognition accuracy of over 90%, the method based on decision tree model can effectively extract the acoustic emission signals corresponding to the critical fracture events, which affect the stability of the whole rock structure during the rupture process. The key signals are divided into four categories according to the feature extraction rules. The signals of Class A correspond to the macroscopic cracking and expanding fracture of rock. The signals of Class B correspond to a large number of small-scale fractures and extensional cracks that occurred in the near and post-peak stages of the fracture process. The signals of Class C correspond to the shear-slip fracture before the rock experiencing macro-fracture. The signals of Class D correspond to the small-scale tension-shear composite fracture after the whole rock failed.

Key words: rock mechanics, acoustic emission, decision tree, feature extraction, rupture mode

中图分类号: TU 457
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