目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 岩体声学的地位和作用 1
1.2 岩体声学的研究现状 3
1.2.1 岩体声学技术的实验室尺度研究 3
1.2.2 岩体声学技术的工程尺度研究 6
1.3 岩体声学技术的未来 8
参考文献 9
第2章 岩体声学参数测试方法及仪器 14
2.1 岩体声学的主要测量参数 14
2.1.1 岩体的声波速度 14
2.1.2 岩体的声波振幅 16
2.1.3 岩体的声波频率 16
2.1.4 岩体的声阻抗 16
2.1.5 岩体的声衰减系数 17
2.2 岩体声学主要参数的测量方法 17
2.2.1 声波速度的测量方法 17
2.2.2 声波振幅的测量方法 18
2.2.3 声波频率的测量方法 18
2.2.4 声衰减系数的测量方法 19
2.2.5 声学传感器的校准 19
2.2.6 声波信号处理技术 20
2.3 岩体声学测试技术所使用的仪器 21
2.3.1 岩体声学测试仪器的组成 21
2.3.2 岩体声学传感器 22
2.3.3 岩体声学测试前置放大电路 25
2.3.4 岩体声学信号处理器 27
2.3.5 分析输出与显示设备（用于测试的计算机） 27
2.3.6 岩体声学测试系统的技术指标 29
2.3.7 地声智能感知与微震监测设备 31
参考文献 34
第3章 声波在岩体中的产生机理与衰减特性 36
3.1 岩体声发射信号产生机理 36
3.2 岩体中主要的声发射源 40
3.2.1 岩体的滑移变形 40
3.2.2 裂纹的形成与扩展 42
3.2.3 岩体破裂的力学机理 45
3.3 岩体中声发射衰减规律的试验研究 47
3.3.1 声发射监测设备 47
3.3.2 试验岩石试样 47
3.3.3 声波在不同性质的岩体中传播衰减特性分析 50
3.3.4 声波在含断面岩体中传播衰减特性分析 62
参考文献 64
第4章 岩体破裂声源的定位方法 65
4.1 未知波速系统三维迭代定位法 65
4.1.1 基本原理 65
4.1.2 试验 68
4.1.3 试验结果分析 69
4.2 未知波速系统三维解析解定位法 70
4.2.1 基本原理 70
4.2.2 试验 74
4.2.3 试验结果分析 75
4.3 解析解和迭代协同定位法 86
4.3.1 基本原理 87
4.3.2 试验 89
4.3.3 试验结果分析 90
4.4 速度区间变窄的多步源定位法 96
4.4.1 基本原理 96
4.4.2 试验 98
4.4.3 试验结果分析 100
4.5 三维含孔洞结构无需预先测波速定位法 102
4.5.1 基本原理 102
4.5.2 试验 107
4.5.3 试验结果分析 115
参考文献 116
第5章 岩体声发射事件的分离方法 118
5.1 岩体声发射事件的分离方法概述 118
5.2 岩体声发射事件筛选 119
5.3 岩体声发射事件波形切割 120
5.3.1 峰值鉴别时间、撞击鉴别时间、撞击闭锁时间定时参数 120
5.3.2 持续鉴别时间、恢复时间定时参数 120
5.3.3 波形能量包络切割法 121
5.4 岩体声发射事件的识别指标 123
5.4.1 互相关系数 123
5.4.2 振铃计数 123
5.4.3 上升时间 124
5.4.4 信号强度 124
5.5 岩体声发射事件的识别方法 124
5.5.1 模板通道选择 124
5.5.2 滑动窗口扫描 125
5.5.3 时差矫正 126
5.5.4 到时提取 126
5.6 岩体声发射事件的分离试验 128
5.6.1 单峰单事件波形切割及识别 128
5.6.2 双峰多事件波形切割及识别 139
5.6.3 多峰单事件波形切割及识别 152
参考文献 162
第6章 岩体多声源的分类与机制 164
6.1 破裂声源分类 164
6.1.1 破裂声源基本类型 164
6.1.2 不同破裂声源的特征参数与波形差异 165
6.1.3 破裂声源的认知基本原则 167
6.2 破裂声源类型识别方法 167
6.2.1 声发射特征参数的判别方法 167
6.2.2 P波初动的判别方法 169
6.2.3 矩张量的判别方法 170
6.3 微观破裂类型与宏观裂纹类型的关系 171
6.3.1 峰前破裂过程中的声源类型分布特征与演化机制 171
6.3.2 峰后裂纹扩展的声源演化机制 175
6.4 基于声发射特征参数分类岩体破裂类型的不确定性 176
6.4.1 试验与数据处理 176
6.4.2 同一试验分析中的不确定性 178
6.4.3 RA-AF的衰减规律 183
6.4.4 衰减效应和计量误差 186
参考文献 187
第7章 不同加载环境下的岩体声学频谱分析 190
7.1 岩体声学频谱特征参数 190
7.1.1 频谱主频 190
7.1.2 频率质心 191
7.2 试验介绍 192
7.2.1 试验试样准备 192
7.2.2 声发射监测设备 192
7.2.3 试验设计 193
7.3 岩体单轴压缩破裂过程声学频谱特征演化规律 195
7.3.1 花岗岩单轴压缩破裂过程中声发射信号主频演化规律 195
7.3.2 紫砂岩单轴压缩破裂过程中声发射信号主频演化规律 196
7.3.3 花岗岩与紫砂岩单轴压缩破裂过程中声发射信号频率质心演化特征 197
7.4 岩体双轴压缩和膨胀加载破裂过程声发射信号主频的演化规律 198
7.4.1 花岗岩双轴压缩破裂过程中声发射信号主频演化规律 198
7.4.2 花岗岩膨胀加载破裂过程中声发射信号主频演化规律 199
7.5 岩体双轴压缩和膨胀加载破裂过程声发射信号频率质心的演化规律 200
7.5.1 花岗岩双轴压缩破裂过程中声发射信号频率质心演化规律 200
7.5.2 花岗岩膨胀加载破裂过程中声发射信号频率质心演化特征 200
7.6 声发射波形频谱分布特征 201
7.6.1 单峰频谱 202
7.6.2 双峰频谱 202
7.6.3 三峰频谱 205
7.6.4 四峰频谱 207
7.6.5 声发射的功率谱与能量谱 208
7.7岩体破裂过程声发射波形频谱演化规律 211
参考文献 214
第8章 岩体破裂的尺度特征 216
8.1 b值研究现状 216
8.2 b值计算方法 217
8.2.1 *小二乘法 217
8.2.2 *大似然估计法 217
8.2.3 修正公式 218
8.3 影响b值计算的因素分析 219
8.3.1 拟合方法选择 219
8.3.2 震级间隔 219
8.3.3 震级完整性 219
8.3.4 样本数的大小 222
8.4 声发射b值的蒙特卡洛模拟 223
8.4.1 蒙特卡洛方法 223
8.4.2 蒙特卡洛方法模拟结果分析 224
8.4.3 室内花岗岩破裂试验的声发射b值分析验证 227
8.5 含水状态花岗岩单轴压缩条件下的b值特征 229
8.5.1 含水状态花岗岩破裂声发射试验 229
8.5.2 b值的计算 231
8.5.3 两种状态下花岗岩的b值演化规律 233
8.6 花岗岩真三轴压缩过程的声发射b值特征 235
8.6.1 花岗岩真三轴试验 235
8.6.2 岩体破裂过程中的b值变化特征 240
8.7 本章结论 257
参考文献 258
第9章 岩体滑移的摩擦特性 260
9.1 岩体滑移与摩擦 260
9.1.1 岩体滑移临界条件 260
9.1.2 摩擦力及摩擦系数 261
9.1.3 岩体摩擦滑移模式 261
9.1.4 岩体摩擦滑移尺度 262
9.2 岩体滑移摩擦定律与失稳判据 263
9.2.1 岩体滑移摩擦定律 263
9.2.2 岩体滑移失稳判据 264
9.3 摩擦演化试验研究方法 265
9.3.1 室内试验研究 265
9.3.2 数值试验研究 267
9.4 应力与速率依赖的摩擦特性及其声学特征 267
9.4.1 基于ABAQUS的滑移模拟 268
9.4.2 双轴剪切滑移试验 274
9.5 岩体滑移摩擦特性的其他影响因素 282
9.5.1 矿物成分 282
9.5.2 表面形貌 283
9.5.3 流体作用 283
9.5.4 温度变化 284
参考文献 284
第10章 岩体声学参数与应力状态的关系 289
10.1 单轴压缩试验声学参数与应力大小 289
10.1.1 试验条件 289
10.1.2 声发射振铃计数 291
10.1.3 声发射幅值 292
10.1.4 RA、AF值及平均频率质心 293
10.1.5 声发射事件率及波速 295
10.2 双轴压缩试验声学参数与应力大小 297
10.2.1 试验条件 297
10.2.2 声发射事件率 299
10.2.3 声发射幅值 301
10.2.4 声发射峰值频率 302
10.2.5 波速变化特征 303
10.2.6 中间主应力对岩体破裂过程的影响 305
10.3 应力方向辨识方法 307
10.3.1 理论基础 307
10.3.2 实施过程建议 310
参考文献 310
第11章 岩体波速场成像方法与试验验证 312
11.1 岩体波速场成像方法概述 312
11.2 层析成像 312
11.2.1 层析成像概述 312
11.2.2 射线追踪技术 313
11.2.3 有限差分法 316
11.2.4 反演问题 321
11.2.5 模型更新方法 323
11.2.6 伴随状态层析成像 325
11.3 全波形反演 327
11.3.1 声学波动方程 328
11.3.2 时域建模 328
11.3.3 频域建模 330
11.3.4 边界处理 331
11.3.5 目标函数及其梯度 334
11.3.6 迭代优化方法 337
11.4 试验验证 338
11.4.1 模拟试验 339
11.4.2 室内试验 342
参考文献 350
第12章 岩体破裂声源辨识的波形图像机器学习应用 352
12.1 概述 352
前言
第1章 绪论 1
1.1 岩体声学的地位和作用 1
1.2 岩体声学的研究现状 3
1.2.1 岩体声学技术的实验室尺度研究 3
1.2.2 岩体声学技术的工程尺度研究 6
1.3 岩体声学技术的未来 8
参考文献 9
第2章 岩体声学参数测试方法及仪器 14
2.1 岩体声学的主要测量参数 14
2.1.1 岩体的声波速度 14
2.1.2 岩体的声波振幅 16
2.1.3 岩体的声波频率 16
2.1.4 岩体的声阻抗 16
2.1.5 岩体的声衰减系数 17
2.2 岩体声学主要参数的测量方法 17
2.2.1 声波速度的测量方法 17
2.2.2 声波振幅的测量方法 18
2.2.3 声波频率的测量方法 18
2.2.4 声衰减系数的测量方法 19
2.2.5 声学传感器的校准 19
2.2.6 声波信号处理技术 20
2.3 岩体声学测试技术所使用的仪器 21
2.3.1 岩体声学测试仪器的组成 21
2.3.2 岩体声学传感器 22
2.3.3 岩体声学测试前置放大电路 25
2.3.4 岩体声学信号处理器 27
2.3.5 分析输出与显示设备（用于测试的计算机） 27
2.3.6 岩体声学测试系统的技术指标 29
2.3.7 地声智能感知与微震监测设备 31
参考文献 34
第3章 声波在岩体中的产生机理与衰减特性 36
3.1 岩体声发射信号产生机理 36
3.2 岩体中主要的声发射源 40
3.2.1 岩体的滑移变形 40
3.2.2 裂纹的形成与扩展 42
3.2.3 岩体破裂的力学机理 45
3.3 岩体中声发射衰减规律的试验研究 47
3.3.1 声发射监测设备 47
3.3.2 试验岩石试样 47
3.3.3 声波在不同性质的岩体中传播衰减特性分析 50
3.3.4 声波在含断面岩体中传播衰减特性分析 62
参考文献 64
第4章 岩体破裂声源的定位方法 65
4.1 未知波速系统三维迭代定位法 65
4.1.1 基本原理 65
4.1.2 试验 68
4.1.3 试验结果分析 69
4.2 未知波速系统三维解析解定位法 70
4.2.1 基本原理 70
4.2.2 试验 74
4.2.3 试验结果分析 75
4.3 解析解和迭代协同定位法 86
4.3.1 基本原理 87
4.3.2 试验 89
4.3.3 试验结果分析 90
4.4 速度区间变窄的多步源定位法 96
4.4.1 基本原理 96
4.4.2 试验 98
4.4.3 试验结果分析 100
4.5 三维含孔洞结构无需预先测波速定位法 102
4.5.1 基本原理 102
4.5.2 试验 107
4.5.3 试验结果分析 115
参考文献 116
第5章 岩体声发射事件的分离方法 118
5.1 岩体声发射事件的分离方法概述 118
5.2 岩体声发射事件筛选 119
5.3 岩体声发射事件波形切割 120
5.3.1 峰值鉴别时间、撞击鉴别时间、撞击闭锁时间定时参数 120
5.3.2 持续鉴别时间、恢复时间定时参数 120
5.3.3 波形能量包络切割法 121
5.4 岩体声发射事件的识别指标 123
5.4.1 互相关系数 123
5.4.2 振铃计数 123
5.4.3 上升时间 124
5.4.4 信号强度 124
5.5 岩体声发射事件的识别方法 124
5.5.1 模板通道选择 124
5.5.2 滑动窗口扫描 125
5.5.3 时差矫正 126
5.5.4 到时提取 126
5.6 岩体声发射事件的分离试验 128
5.6.1 单峰单事件波形切割及识别 128
5.6.2 双峰多事件波形切割及识别 139
5.6.3 多峰单事件波形切割及识别 152
参考文献 162
第6章 岩体多声源的分类与机制 164
6.1 破裂声源分类 164
6.1.1 破裂声源基本类型 164
6.1.2 不同破裂声源的特征参数与波形差异 165
6.1.3 破裂声源的认知基本原则 167
6.2 破裂声源类型识别方法 167
6.2.1 声发射特征参数的判别方法 167
6.2.2 P波初动的判别方法 169
6.2.3 矩张量的判别方法 170
6.3 微观破裂类型与宏观裂纹类型的关系 171
6.3.1 峰前破裂过程中的声源类型分布特征与演化机制 171
6.3.2 峰后裂纹扩展的声源演化机制 175
6.4 基于声发射特征参数分类岩体破裂类型的不确定性 176
6.4.1 试验与数据处理 176
6.4.2 同一试验分析中的不确定性 178
6.4.3 RA-AF的衰减规律 183
6.4.4 衰减效应和计量误差 186
参考文献 187
第7章 不同加载环境下的岩体声学频谱分析 190
7.1 岩体声学频谱特征参数 190
7.1.1 频谱主频 190
7.1.2 频率质心 191
7.2 试验介绍 192
7.2.1 试验试样准备 192
7.2.2 声发射监测设备 192
7.2.3 试验设计 193
7.3 岩体单轴压缩破裂过程声学频谱特征演化规律 195
7.3.1 花岗岩单轴压缩破裂过程中声发射信号主频演化规律 195
7.3.2 紫砂岩单轴压缩破裂过程中声发射信号主频演化规律 196
7.3.3 花岗岩与紫砂岩单轴压缩破裂过程中声发射信号频率质心演化特征 197
7.4 岩体双轴压缩和膨胀加载破裂过程声发射信号主频的演化规律 198
7.4.1 花岗岩双轴压缩破裂过程中声发射信号主频演化规律 198
7.4.2 花岗岩膨胀加载破裂过程中声发射信号主频演化规律 199
7.5 岩体双轴压缩和膨胀加载破裂过程声发射信号频率质心的演化规律 200
7.5.1 花岗岩双轴压缩破裂过程中声发射信号频率质心演化规律 200
7.5.2 花岗岩膨胀加载破裂过程中声发射信号频率质心演化特征 200
7.6 声发射波形频谱分布特征 201
7.6.1 单峰频谱 202
7.6.2 双峰频谱 202
7.6.3 三峰频谱 205
7.6.4 四峰频谱 207
7.6.5 声发射的功率谱与能量谱 208
7.7岩体破裂过程声发射波形频谱演化规律 211
参考文献 214
第8章 岩体破裂的尺度特征 216
8.1 b值研究现状 216
8.2 b值计算方法 217
8.2.1 *小二乘法 217
8.2.2 *大似然估计法 217
8.2.3 修正公式 218
8.3 影响b值计算的因素分析 219
8.3.1 拟合方法选择 219
8.3.2 震级间隔 219
8.3.3 震级完整性 219
8.3.4 样本数的大小 222
8.4 声发射b值的蒙特卡洛模拟 223
8.4.1 蒙特卡洛方法 223
8.4.2 蒙特卡洛方法模拟结果分析 224
8.4.3 室内花岗岩破裂试验的声发射b值分析验证 227
8.5 含水状态花岗岩单轴压缩条件下的b值特征 229
8.5.1 含水状态花岗岩破裂声发射试验 229
8.5.2 b值的计算 231
8.5.3 两种状态下花岗岩的b值演化规律 233
8.6 花岗岩真三轴压缩过程的声发射b值特征 235
8.6.1 花岗岩真三轴试验 235
8.6.2 岩体破裂过程中的b值变化特征 240
8.7 本章结论 257
参考文献 258
第9章 岩体滑移的摩擦特性 260
9.1 岩体滑移与摩擦 260
9.1.1 岩体滑移临界条件 260
9.1.2 摩擦力及摩擦系数 261
9.1.3 岩体摩擦滑移模式 261
9.1.4 岩体摩擦滑移尺度 262
9.2 岩体滑移摩擦定律与失稳判据 263
9.2.1 岩体滑移摩擦定律 263
9.2.2 岩体滑移失稳判据 264
9.3 摩擦演化试验研究方法 265
9.3.1 室内试验研究 265
9.3.2 数值试验研究 267
9.4 应力与速率依赖的摩擦特性及其声学特征 267
9.4.1 基于ABAQUS的滑移模拟 268
9.4.2 双轴剪切滑移试验 274
9.5 岩体滑移摩擦特性的其他影响因素 282
9.5.1 矿物成分 282
9.5.2 表面形貌 283
9.5.3 流体作用 283
9.5.4 温度变化 284
参考文献 284
第10章 岩体声学参数与应力状态的关系 289
10.1 单轴压缩试验声学参数与应力大小 289
10.1.1 试验条件 289
10.1.2 声发射振铃计数 291
10.1.3 声发射幅值 292
10.1.4 RA、AF值及平均频率质心 293
10.1.5 声发射事件率及波速 295
10.2 双轴压缩试验声学参数与应力大小 297
10.2.1 试验条件 297
10.2.2 声发射事件率 299
10.2.3 声发射幅值 301
10.2.4 声发射峰值频率 302
10.2.5 波速变化特征 303
10.2.6 中间主应力对岩体破裂过程的影响 305
10.3 应力方向辨识方法 307
10.3.1 理论基础 307
10.3.2 实施过程建议 310
参考文献 310
第11章 岩体波速场成像方法与试验验证 312
11.1 岩体波速场成像方法概述 312
11.2 层析成像 312
11.2.1 层析成像概述 312
11.2.2 射线追踪技术 313
11.2.3 有限差分法 316
11.2.4 反演问题 321
11.2.5 模型更新方法 323
11.2.6 伴随状态层析成像 325
11.3 全波形反演 327
11.3.1 声学波动方程 328
11.3.2 时域建模 328
11.3.3 频域建模 330
11.3.4 边界处理 331
11.3.5 目标函数及其梯度 334
11.3.6 迭代优化方法 337
11.4 试验验证 338
11.4.1 模拟试验 339
11.4.2 室内试验 342
参考文献 350
第12章 岩体破裂声源辨识的波形图像机器学习应用 352
12.1 概述 352
tpg0 2023-03-06 07:11:13
岩体多源声学是研究岩石内部多个声源产生的声波传播和散射特性，以及应用于岩石勘探、开采、监测等领域的学科。其研究对象包括岩石内部的裂隙、孔洞、裂纹等结构，以及岩石内部的声速、密度等物理参数。 该学科的应用前景广阔。在矿山勘探和开采中，岩体多源声学可以用来探测矿体位置、形状及结构，帮助确定采矿方案。在地震监测中，它可以用来研究地震震源机制、地震波传播规律等，为地震预测提供数据支持。在医学领域中，它可以用来研究肿瘤、器官等组织的结构和性质。 总之，岩体多源声学在地质、物理、工程学等领域有广泛的应用，对于解决一系列问题具有重要的作用。