基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定方法

本技术涉及地下工程，特别是涉及一种基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定方法。

背景技术：

1、受复杂地质环境的影响，岩石内部含有大量的裂隙。当岩石受到压缩时，闭合、扩展和贯通等裂纹状态影响着岩石的宏观变形。因此，研究岩石内部的裂纹状态与岩石特征应力之间的关系，可为岩石工程的稳定性评价提供科学指导。

2、传统的岩石特征应力的确定方法是通过压缩破坏的岩石体积应变曲线和裂纹体积应变曲线进行岩石特征应力划分。岩石特征应力包括扩容应力σd、裂纹闭合应力σc和起裂应力σi。其中，扩容应力σd为岩石体积应变曲线的最高点对应的应力，裂纹闭合应力σc为裂纹体积应变曲线水平段的起点对应的应力，起裂应力σi为裂纹体积应变曲线的水平段的终点对应的应力。

3、但是，传统的岩石特征应力的确定过程主要依靠经验，由于岩石是一种非均质且各向异性的材料，因此岩石在压缩破坏过程中的应变处处不一致，从而导致岩石特征应力的划分和计算并不准确。

4、因此，亟需一种岩石特征应力的确定方法。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定方法。

2、第一方面，提供了一种基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定方法，所述方法包括：

3、对待测岩石样本进行室内岩石单轴压缩声发射实验，获取所述待测岩石样本的应力-应变曲线和声发射计数随应变增长的声发射累计计数曲线；

4、将所述声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线，并对各所述声发射累计计数子曲线进行线性回归，得到各声发射累计计数子曲线对应的线性曲线；

5、根据各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线之间的拟合度曲线；

6、根据各所述声发射累计计数子曲线对应的线性曲线，生成声发射计数随应变变化的计数变化速率曲线；

7、根据所述计数变化速率曲线和所述拟合度曲线，确定所述待测岩石样本的目标特征应变；

8、根据所述目标特征应变和所述应力-应变曲线，确定所述待测岩石样本的岩石特征应力。

9、作为一种可选地实施方式，所述声发射累计计数曲线为非线性曲线，所述将所述声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线，并对各所述声发射累计计数子曲线进行线性回归，得到各声发射累计计数子曲线对应的线性曲线，包括：

10、按照预设的应变滑动窗口和滑动步长，将所述声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线；

11、针对每个所述声发射累计计数子曲线，对该声发射累计计数子曲线进行线性回归，得到该声发射累计计数子曲线对应的线性曲线。

12、作为一种可选地实施方式，所述根据各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线之间的拟合度曲线，包括：

13、针对各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，基于预设的曲线拟合度算法，确定该声发射累计计数子曲线与对应的线性曲线之间的拟合度；

14、根据各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线之间的拟合度，生成拟合度随应变变化的拟合度曲线。

15、作为一种可选地实施方式，所述根据各所述声发射累计计数子曲线对应的线性曲线，生成声发射计数随应变变化的计数变化速率曲线，包括：

16、针对每个所述声发射累计计数子曲线对应的线性曲线，获取该线性曲线的斜率，并将该斜率确定为该线性曲线对应的声发射累计计数子曲线的计数变化速率；

17、根据各所述声发射累计计数子曲线的计数变化速率，生成所述声发射计数随应变变化的计数变化速率曲线。

18、作为一种可选地实施方式，所述目标特征应变包括裂纹闭合应变、起裂应变和扩容应变，所述根据所述计数变化速率曲线和所述拟合度曲线，确定所述待测岩石样本的目标特征应变，包括：

19、获取所述计数变化速率曲线中的计数变化速率和所述拟合度曲线中的拟合度均达到预设的稳定状态时的第一应变，并将所述第一应变确定为所述裂纹闭合应变；

20、获取所述拟合度曲线中的拟合度处于所述稳定状态，且所述计数变化速率曲线中的计数变化速率进入上升状态时的第二应变，并将所述第二应变确定为所述起裂应变；

21、获取所述拟合度曲线中的拟合度由所述稳定状态转为下降状态时的第三应变，并将所述第三应变确定为所述扩容应变。

22、作为一种可选地实施方式，所述预设的稳定状态为所述计数变化速率曲线中的计数变化速率处于预设的计数变化速率阈值范围内；和/或，

23、所述拟合度曲线中的拟合度处于预设的拟合度阈值范围内。

24、作为一种可选地实施方式，所述目标特征应变包括裂纹闭合应变、起裂应变和扩容应变，所述岩石特征应力包括裂纹闭合应力、起裂应力和扩容应力，所述根据所述目标特征应变和所述应力-应变曲线，确定所述待测岩石样本的岩石特征应力，包括：

25、在所述应力-应变曲线中，将所述裂纹闭合应变对应的第一应力确定为所述裂纹闭合应力；

26、在所述应力-应变曲线中，确定所述起裂应变对应的第二应力确定为所述起裂应力；

27、在所述应力-应变曲线中，确定所述扩容应变对应的第三应力确定为所述扩容应力。

28、第二方面，提供了一种基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定装置，所述装置包括：

29、获取模块，用于对待测岩石样本进行室内岩石单轴压缩声发射实验，获取所述待测岩石样本的应力-应变曲线和声发射计数随应变增长的声发射累计计数曲线；

30、第一确定模块，用于将所述声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线，并对各所述声发射累计计数子曲线进行线性回归，得到各声发射累计计数子曲线对应的线性曲线；

31、第一生成模块，用于根据各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线之间的拟合度曲线；

32、第二生成模块，用于根据各所述声发射累计计数子曲线对应的线性曲线，生成声发射计数随应变变化的计数变化速率曲线；

33、第二确定模块，用于根据所述计数变化速率曲线和所述拟合度曲线，确定所述待测岩石样本的目标特征应变；

34、第三确定模块，用于根据所述目标特征应变和所述应力-应变曲线，确定所述待测岩石样本的岩石特征应力。

35、作为一种可选地实施方式，所述第一确定模块，具体用于：

36、按照预设的应变滑动窗口和滑动步长，将所述声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线；

37、针对每个所述声发射累计计数子曲线，对该声发射累计计数子曲线进行线性回归，得到该声发射累计计数子曲线对应的线性曲线。

38、作为一种可选地实施方式，所述第一生成模块，具体用于：

39、针对各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，基于预设的曲线拟合度算法，确定该声发射累计计数子曲线与对应的线性曲线之间的拟合度；

40、根据各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线之间的拟合度，生成拟合度随应变变化的拟合度曲线。

41、作为一种可选地实施方式，所述第二生成模块，具体用于：

42、针对每个所述声发射累计计数子曲线对应的线性曲线，获取该线性曲线的斜率，并将该斜率确定为该线性曲线对应的声发射累计计数子曲线的计数变化速率；

43、根据各所述声发射累计计数子曲线的计数变化速率，生成所述声发射计数随应变变化的计数变化速率曲线。

44、作为一种可选地实施方式，所述目标特征应变包括裂纹闭合应变、起裂应变和扩容应变，所述第二确定模块，具体用于：

45、获取所述计数变化速率曲线中的计数变化速率和所述拟合度曲线中的拟合度均达到预设的稳定状态时的第一应变，并将所述第一应变确定为所述裂纹闭合应变；

46、获取所述拟合度曲线中的拟合度处于所述稳定状态，且所述计数变化速率曲线中的计数变化速率进入上升状态时的第二应变，并将所述第二应变确定为所述起裂应变；

47、获取所述拟合度曲线中的拟合度由所述稳定状态转为下降状态时的第三应变，并将所述第三应变确定为所述扩容应变。

48、作为一种可选地实施方式，所述预设的稳定状态为所述计数变化速率曲线中的计数变化速率处于预设的计数变化速率阈值范围内；和/或，

49、所述拟合度曲线中的拟合度处于预设的拟合度阈值范围内。

50、作为一种可选地实施方式，所述目标特征应变包括裂纹闭合应变、起裂应变和扩容应变，所述岩石特征应力包括裂纹闭合应力、起裂应力和扩容应力，所述第三确定模块，具体用于：

51、在所述应力-应变曲线中，将所述裂纹闭合应变对应的第一应力确定为所述裂纹闭合应力；

52、在所述应力-应变曲线中，确定所述起裂应变对应的第二应力确定为所述起裂应力；

53、在所述应力-应变曲线中，确定所述扩容应变对应的第三应力确定为所述扩容应力。

54、第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述的方法步骤。

55、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的方法步骤。

56、本技术提供了一种基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定方法，本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：对待测岩石样本进行室内岩石单轴压缩声发射实验，获取所述待测岩石样本的应力-应变曲线和声发射计数随应变增长的声发射累计计数曲线。将所述声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线，并对各所述声发射累计计数子曲线进行线性回归，得到各声发射累计计数子曲线对应的线性曲线。根据各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成各所述声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线之间的拟合度曲线。根据各所述声发射累计计数子曲线对应的线性曲线，生成声发射计数随应变变化的计数变化速率曲线。根据所述计数变化速率曲线和所述拟合度曲线，确定所述待测岩石样本的目标特征应变。根据所述目标特征应变和所述应力-应变曲线，确定所述待测岩石样本的岩石特征应力。岩石在裂纹闭合阶段、起裂阶段和扩容阶段分别对应不同的特征应力，本技术利用室内岩石单轴压缩声发射实验，获取声发射累计计数，并根据声发射累计计数反映待测岩石样本的裂纹活跃程度。基于声发射累计计数的演化过程是一个由线性向非线性转化的过程的理论依据，对声发射累计计数曲线进行分段线性回归，进而分段判断线性归回后的线性曲线与声发射累计计数曲线的拟合度。另外，线性归回后的线性曲线的斜率可以表示声发射计数随应变变化的计数变化速率，因此，可以根据计数变化速率的快慢（即斜率的大小）。本技术根据声发射累计计数的计数变化速率和拟合度，可以准确判断出声发射累计计数曲线中线性向非线性转化的时机，即定量化的计算出待测岩石样本在压缩过程中的声发射非线性计数演化特征，进一步地，准确确定岩石特征应力。

57、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。