基于混沌理論的巖石聲發(fā)射性能研究.pdf

1、聲發(fā)射技術(shù)作為對巖土工程進行安全監(jiān)測的有效手段之一，近年來越來越得到廣泛應用，然而在聲發(fā)射技術(shù)的實際監(jiān)測預報應用中卻還存在一些問題。究其原因是巖體系統(tǒng)是高度非線性復雜大系統(tǒng)，并處于動態(tài)不可逆演化之中，人們尚未完全掌握巖石破壞的特征。要對巖石（體）的力學行為進行預測和控制，應該借助當代非線性科學，建立適合于巖石力學與工程特點的巖石非線性靜力和動力系統(tǒng)理論。而混沌是非線性數(shù)學、力學研究的一個熱點，它也是非線性系統(tǒng)的根本特征之一。巖體系統(tǒng)中存

2、在大量的非穩(wěn)定數(shù)據(jù)和離散的非均勻數(shù)據(jù)，如位移、聲發(fā)射、地震的時序記錄數(shù)據(jù)等，均有可能用混沌模型予以很好的描述，并能揭示出更深刻的巖體力學機制與規(guī)律?；谝陨纤枷?，本文主要研究工作為：
　　①本文采用AG-I液壓伺服材料試驗機以及PCI-2聲發(fā)射儀等儀器設(shè)備，對鈣質(zhì)泥巖、砂巖、細砂巖、高麗山砂巖四種不同的巖石，進行單軸壓縮破壞試驗和聲發(fā)射試驗，運用聲發(fā)射儀器監(jiān)測巖石損傷破壞過程中的聲發(fā)射現(xiàn)象，記錄下聲發(fā)射事件數(shù)時序、聲發(fā)射能量時序、

3、位移（應變）時序及應力時序，運用非線性動力學原理建立巖石在失穩(wěn)破壞過程中的非線性動力學數(shù)學模型。
　　②對聲發(fā)射事件數(shù)時序，進行了小波降噪處理，并進行了降噪后的混沌特征量的計算，與原始數(shù)據(jù)序列的結(jié)果做了對比，研究噪聲對計算結(jié)果的影響。
　　③針對試驗記錄的聲發(fā)射事件數(shù)時序，分別計算了聲發(fā)射時間序列的嵌入維數(shù)和延遲時間，延遲時間的選取采用互信息量法，嵌入維數(shù)的選取采用Cao方法和飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)法。
　?、苡嬎懔寺暟l(fā)射時間序

4、列的特征量，分維數(shù)和Lyapunov指數(shù)（主要是最大Lyapunov指數(shù)）。分維數(shù)的不同定義和估計有不同結(jié)果，關(guān)聯(lián)維數(shù)是最常用的分維數(shù)估計值，因此本文只采用了G-P關(guān)聯(lián)積分法計算關(guān)聯(lián)維數(shù)。對于最大Lyapunov指數(shù)的計算，則采用了小數(shù)據(jù)量法。從定性、定量兩個方面對巖石聲發(fā)射時間序列的混沌性質(zhì)進行了判別，采用的定性方法為：主分量分析（PCA）方法；采用的定量分析方法為：飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)法和最大Lyapunov指數(shù)法。
　?、輰r石破壞