[发明专利]基于声纹识别技术的岩石破裂模式分类识别方法

说明书

本发明公开了基于声纹识别技术的岩石破裂模式分类识别方法，包括以下步骤：S1在待监测岩石周围设置声发射系统；S2构建声发射声谱分析模型和理想信号生成方法与分类特征判别标准；S3通过声发射系统中每个通道的声发射监测传感器依次采集信号，信号输入声谱分析模型计算获取声谱特征图和时频强度分布特征图；S4根据构建的信号分类判别标准，综合岩石破裂事件对应的声谱特征图和时频强度分布特征图完成判断岩石破裂的分类；本发明不仅能够实现脆性材料破裂任一声发射信号包含的破裂类型识别，还能确定破裂的时间、强度等分布情况。

技术领域

本发明属于岩石破裂损伤探测技术领域，具体涉及基于声纹识别技术的岩石破裂模式分类识别方法。

背景技术

岩石破裂失稳一直是国内外岩石力学研究的关键问题，采用科学的方法研究岩石失稳过程中内部破裂演化规律，对理解岩石内部破裂机理和监测预警具有重要意义。

不同的岩石破裂模式产生不同类型的裂纹，裂纹是岩石破裂的基本表现形式，裂纹的萌生、扩展及贯通形成岩石破裂失稳的过程。准确判断岩石破裂裂纹的基本类型是正确理解岩石破裂失稳过程的根本。由于岩石材料的不透明性，导致破裂失稳过程的监测十分困难。现有的探测技术主要有声发射监测和超声波探测，超声波和声发射无损探测技术在岩土工程等相关领域应用最为广泛。利用声发射监测信号特征判别岩石破裂过程中裂纹类型成为行业内通用标准方法(JCMS-III B5706(2003)日本)。深入研究岩石破裂声发射信号特征，开发新方法，提高裂纹类型判别准确率，具有重要的科研价值与工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足，提供基于声纹识别技术的岩石破裂模式分类识别方法，本发明不仅能够实现脆性材料破裂任一声发射信号包含的破裂类型识别，还能确定破裂的时间、强度等分布情况。

本发明的技术方案为：基于声纹识别技术的岩石破裂模式分类识别方法，包括以下步骤：

S1、在待监测岩石周围设置声发射系统；

S2、构建声发射声谱分析模型和理想信号生成方法与分类特征判别标准；

S3、通过声发射系统中每个通道的声发射监测传感器依次采集信号，信号输入声谱分析模型计算获取声谱特征图和时频强度分布特征图；

S4、根据构建的信号分类判别标准，综合岩石破裂事件对应的声谱特征图和时频强度分布特征图完成判断岩石破裂的分类。

优选地，S2中的理想信号生成方法与分类特征判别标准包括张拉破裂、剪切破裂、张剪复合破裂。

优选地，S2中的岩石张拉破裂和剪切破裂的理想信号生成方法为：

ω＝2πf

其中，A表示信号的振幅，ω为角频率，h为阻尼因子。

优选地，S2中的声发射声谱分析模型为：

其中，h(m)为窗函数，选用汉明窗，为频率，

令S(n,ω)＝|STFT_x(n,ω)|²表示时间n，频率ω对应的频率成分强弱，进而形成声发射信号x(m)的声谱图。

优选地，S1中的声发射系统由对射型声发射监测传感器矩阵构成。

本发明基于声纹识别技术的岩石破裂模式分类识别方法的有益效果是：

(1)能够利用单个声发射信号识别对应破裂模式的类型，无需通过岩石破裂过程所有信号确定破裂模式分类边界，克服了对过程总体信息的依赖性，可为岩石破裂模式实时识别奠定基础。