文摘

为了测试岩石断裂表面的形态特征的差异在不同加载方向和速度,以下三个步骤操作。首先,使用巴西测试,巴西圆盘加载断裂在不同加载模式。其次,每个岩石断裂表面与高精度激光扫描轮廓曲线仪和相应的坐标在每个岩石断裂面三行,每一行被选中的三个部分来分析他们的断口形貌特征。最后,模量最大的小波变换方法,包括一个新的定义的算法和信号噪声比,和分形变异方法用于确定岩石断裂表面的形态特征的差异在不同加载方向和利率。结果说明了模量最大和分形变异方法可以检测各向异性岩石断裂失效。最大模量方法的比较,说明了分形变异方法对加载速率的变化的敏感性更强,更适合区分岩石断裂表面的形态特征在不同加载模式。

1。介绍

能力分析已广泛应用于检测信号的奇异点。此外,能源分析已经被用于岩石力学分析和岩石工程迄今为止。岩石断裂失效的能源驱动的基础理论是在现阶段进行勘探和开发。岩石工程系统的动态不稳定的现象,一些专家已经做了很多研究工作从实验和理论。例如,谢et al。1- - - - - -5研究这些概念的能量耗散和力量,能量释放,和整个岩体变形和断裂过程中失败的岩石,这说明了岩石的损伤演化方程可以用来更好地描述岩石的损伤和演化过程基于能量耗散分析。此外,从能源方面,岩石的变形与破坏过程分析谢et al .,这表明岩石破裂损伤是一个能量突然释放的结果,这种释放是能量耗散的变异在一定条件下。你和华6]使用MTS力学测试系统)通过常规三轴加载负载沙泥岩样品,测量轴向和圆周应力、变形过程曲线,和在失败过程中能量变化的岩石样本,可以得出这样的结论:岩石标本的能量吸收相同的线性关系通过两个应力路径与围压达到剪切破坏。华et al。7,8)研究,大理石是尝试通过降低围压与刚性电液伺服系统和模拟围岩断裂在地下工程的开挖过程,显示,抗高血压破碎岩石不同于破碎岩石能量变化方面的压力。研究形态特征方面的差异在不同的加载模式下,谢et al。9- - - - - -11)创造性地应用分形理论分析岩石断裂表面的形态和分形维数被用来描述岩石断裂表面的粗糙度,可以确定不同加载方式下的岩石断裂表面形态学差异。周和谢12)利用信号分析方法来分析各向异性岩石断裂表面。贝伦et al。13]研究定量参数用来描述岩石节理粗糙度。Rasouli和哈里森14)描述岩石断裂表面粗糙度通过线性剖面基于黎曼统计数据。Rasouli和哈里森15研究规模效应和各向异性不连续表面的粗糙度。Borri-Brunetto et al。16)研究微滑移圆周切向荷载作用下的岩石断裂表面粗糙度。

摘要为了区分岩石断裂表面的形态特征在不同加载模式,巴西测试是用于加载巴西圆盘裂缝和岩石断裂表面与高精度激光扫描轮廓曲线仪。模数最大值法和分形变异法用于分析扫描坐标数据。结果表明,两种模量最高法和分形变异法可以检测不同的岩石断裂表面的形态特征在不同加载模式。与模量最大的方法相比,分形变异方法显示了更明显的敏感性负载率的变化。以下内容在结构上分为五个部分,即,实验设计和操作,采集的数据和研究方法,详细的操作步骤,分形变异方法,结论。

2。实验设计和操作

实验过程是安排在以下内容。首先,特殊的花岗岩的联合是相对一致的选择从北中国甘肃省山采石场。圆筒状岩石核心直径50毫米,高度120毫米是钻从大块岩体与型号ZS100钻床。先后,三圆筒状岩石核与烘箱干,切成巴西圆盘直径50毫米和高度与切割机20毫米。这些巴西圆盘表面平滑和桑德并行性的上、下表面的深度在0.05毫米,0.2毫米内表面平坦。其次,巴西圆盘压失效断裂沿垂直方向在不同加载率与MTS力学测试系统)(参考图1)。加载速率为0.01毫米/分钟(0.01毫米/米),每分钟0.1毫米(0.1毫米/米),每分钟和1毫米(1毫米/米),分别。此外,下列实验操作。首先,岩石标本被压缩到13 KN(参考图2),大约三分之二的岩石标本的断裂强度阈值用MTS机器加载速率下0.01毫米/米。其次,MTS机的上下加载夹具是放松。先后,椎间盘样本是围绕中心旋转30度角的标本沿顺时针方向并迫使骨折(参考图3)。这三个盘标本是操纵在上面的每一个加载模式,所以测试样品的数量是总12。从岩石力学原理,巴西测试属于一种间接张力。也就是说,这些巴西圆盘间接拉伸沿水平方向向两边,直到这些光盘断裂从中心线沿着垂直方向(见图4)。

3所示。采集的数据和研究方法

3.1。获取坐标数据的岩石断裂表面

因为岩石断裂表面的3 d图(参考图5)非常粗糙,不规则,高度精确的岩石激光轮廓曲线仪(见图6)是用来扫描岩石断裂表面结构。基于扫描岩石断裂表面结构和数值方法,认为岩石断裂表面之间的形态是不同的,扫描数据完整和可比性,所以三线的坐标数据,每一行的三个部分研究选择相同的断裂表面的岩石断裂表面形态特征差异。中间的三个直线部分岩石断裂表面分为左,中间,和直线,分别和他们的间隔是0.1毫米从左到右(见图7)。另一方面,每一行都是分为三个部分,每个部分的长度等于512数据点,也就是说,100 ~ 612、200 ~ 712、300 ~ 812年(见图7)。获取采样数据的岩石断裂表面后,测试样品的加载方向和加载速率的变化研究了基于奇异信号检测理论的模量最大的小波变换方法。先后,数据信号的奇异点位置计算过程。提取的数据计算机计算模数最大值并通过计算重构信号。根据上面的步骤,一个新概念定义的计算能力和权力的这些标本根据新势力定义计算。此外,计算相应的信号噪声比通过重建信号。新定义的功率和信号噪声比,两种方法通过生成两个新的概念下的岩石断裂表面能有效区分一个形态学加载一个加载方向的另一个方向,但是他们不能描述岩石断裂面的形貌之间的差异在一个加载速率和加载速率。

3.2。研究方法

3.2.1之上。模最大的小波变换理论

定义1(见[17])。让是一个卷积型小波变换的函数;如果等于零吗规模下,然后点被称为本地值点。如果对所有,它满足了不平等 然后被称为模数最大值点的小波变换。

3.2.2。模最大的原则

一个好处,那就是最大的价值是用来描述信号,它可以区分最大值与最小。它是信号的突变点检测的基本理论,小波变换信号的变化最大的点是夏普和最小值点的信号变化缓慢,所以相应的小波系数的模量最大的位置点和变异的决心。然而,由于小尺度下小波系数受到噪声的影响,很多pseudo-extreme价值点通常由噪声产生。相反,噪音信号处理某些平滑在大尺度下,如此极端点是相对稳定的。需要选择正确的规模来分析小波变换在实践中重叠的干扰。而模量最大的小波变换方法用于处理岩石断裂表面,几个尺度需要结合为了考虑综合实验的效果。变化的载荷作用下的方向和加速行动,极端点的相对稳定的特征是研究大尺度下小波变换。

4所示。详细的操作步骤

4.1。获取数据和处理文件

经过抽样坐标数据的三行和三个部分在每一行被收购,编辑相应的程序文件。先后,以下内容处理小波变换过程。

让,离散采样数据的三行,每行上三个部分岩石断裂表面采样点的数量和吗采样间隔。让分= 512 = 6级,sr = 360, num_iterated = 6, wf =“db9”,表示长度的数据处理,分解,采样率,迭代次数,分别和小波的名字。,被认为是原始信号分解的6层;因此,可以获得近似系数和详细的。

4.2。识别序列的识别和策划数据文件

这个序列文件识别”A1 (R), A2 (R), A3 (R), A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3”由计算机程序阅读,在“A, B, C”表示MTS加载速率0.01毫米/米,0.1毫米/米,和1毫米/米,分别;“1、2、3”显示了标签样本的数量,分别。“R”表示旋转30度的标本在巴西圆盘中心沿着顺时针方向。在完成了上述的数据文件与小波变换;因此,线性插值图和详细的波形图绘制。例如,对于识别A1 (R)的标本,原始信号图和小波分解图的中间概要图所示8。

4.3。评估模量最大和小波变换的位置

从图9得到以下结论,一些奇异点的振幅和数字减少水平的水平以及增加的规模和奇异点主要集中在高频部分和。此外,模量最大点是几乎完全由这样的奇异点。

4.4。计算小波分解系数和模量最大的序列

每一层的小波系数和模量最大的位置点指出,分别由以下两个迹象:,,;。先后,原始信号与模量最大的重建信号。

4.5。计算信噪比小波重建原始信号

原始信号小波变换(OSWT)与重建相比,小波变换(RWT)和它们之间的误差是由下列公式计算: “点”在哪里保留模数最大值点。

信号噪声比(信噪比)是用来比较一种岩石的断裂形态差异的另一个在不同加载模式。信噪比是通过以下公式计算:

4.6。计算极端点的数量,定义一个新的权力

极端点数和新定义的权力被定义为下面的公式: topow表示新定义的权力和在哪里。而极值点,然后呢,如果不是,那么,,;在哪里。每个样本的计算结果如表所示1。

从表1在以下内容,可以得出四个结论。首先,三行,每一行的三个部分在同一试样断口表面,错误在他们topow非常小和错误在他们的信噪比非常小,这表明topow和信噪比的计算无关的位置提取线在同一试样断裂表面。其次,意味着三行和三个部分的topow断裂表面的标本不旋转显然比标本旋转30度(见图10),“1、2、3”图10表示三个剖面曲线分别为“左、中、右”,(此句牌子上写的是数据11,12,13,14,15)。此外,信噪比的变化对整个topow一样(见图11)。topow和信噪比的变化规律,可以获得标本压缩到13 KN没有骨折前旋转30度,但岩石标本的内心世界在一定程度上受损。最后,标本不旋转角,但是加载率改变。均值的变化三行和三个部分的topow和信噪比骨折标本表面上的加载速度(0.01毫米/米),B(0.1毫米/米)和C(1毫米/米)数据所示12和13。

从数据12和13意思的情节topow和信噪比的各自分割的,不显示明显的规律性,这说明了加载速率的变化没有显著影响意味着topow和信噪比的变化。topow和信噪比没有明显的效果来区分的一种表征岩石断裂表面引起的加载方式的另一种行为。

5。分形变异方法

分形变化可以反映波形的概要文件在岩石断裂表面粗糙度。在相同的规模,更大的分形变化,粗糙概要文件。相反,分形变化越小,流畅的概要文件。上述提取三行和每一行的三个部分,三行变化的意思,包括离开,中间,分别计算和直线。数据点,例如,对于左行顺序每5点被认为是一个区间从第一个横坐标点100年到612年,所以总数据点可以分为103组最后一组只有3分。纵坐标值最高的点之间的距离和最低的一个集团被认为是变化的集团。然后所有变化的平均总和计算的计算机程序,表示这个概要文件的变化曲线。它是通过下列公式表达: 在哪里表示变化。分别表示纵坐标值最高的点和最低每五分。显示组的数量,。所有标本的情况的变化如表所示2。

从表2,从以下三个方面获得的结论是。首先,三个配置文件的变化范围的标本A1 (R), A2 (R)和A3 (R)旋转30度从0.5085到0.5788。三个配置文件的变化范围的标本A1、A2和A3从0.3250到0.3906,这些标本B1, B2, B3从0.4194到0.4918。此外,变化范围的标本C1, C2, C3从0.5142到0.5842。其次,在相同的加载速率= 0.01毫米/米,由于0.3250 ~ 0.3906 < 0.5085 ~ 0.5788,标本不旋转角的变化范围小于标本的旋转30度。标本的情节变化旋转30度高于标本不是旋转角图14,说明岩石样本压缩到13 KN没有骨折前旋转角,但内在的标本已经在一定程度上受损。也就是说,加载偏离30度方向使水泥颗粒中岩石内部变得放松,使波形的断裂表面变得很大程度,表明偏差范围提升。结果表明,加载模式旋转角度在一定程度上影响了岩石断裂表面粗糙度和分形变异方法可以区分形态特征的岩石断裂表面加载模式造成的旋转角的加载模式不旋转角。最后,变化范围的配置文件将增加与增加装货率。参考与图15不同加载速率下,变化曲线的标本有明显的行列。因为0.3250 ~ 0.3906 < 0.4194 ~ 0.4918 < 0.5142 ~ 0.5842,波状的岩石断裂表面的程度越大,加载速率越大;因此,试样断口表面变得粗糙。分形变异方法能明显识别岩石取样断裂面形态特征的差异在不同的加载率。

6。结论

基于3 d测试岩石取样失败断裂结构面和数值方法,对岩石样品的两次旋转加载和变量加载率,三行,每一行的三个部分岩石取样断裂面提取研究形态特征的岩石断裂表面算法通过定义一个新的力量与模量最大的小波变换方法。

首先,通过模数最大值法和分形变化,岩石断裂失效行为的表征提供了明显的各向异性。相同的岩石采样结构,相同的加载模式是选择测试岩石断裂表面的形态特征,形态特征出现明显的变化以及加载角度的变化。也就是说,标本旋转角的自定义算法的均值低于标本不旋转角度和信号噪声比具有相同的变化规律。此外,分形标本旋转角的变化大于标本不旋转的角度。从岩石力学原理方面,岩石采样压缩到13 KN旋转角之前没有骨折,但是内部的岩石取样受损和水泥颗粒变得放松。和大量微裂隙发生在内部的岩石标本。

其次,岩石断裂失效行为的表征提供了加速不同的特征。为相同的岩石样本,选择相同的加载模式测试岩石断裂表面的形态特征,形态特征没有出现明显变化规律以及加载速率的变化根据自我界定的电力和信号噪声比,但分形变异方法可以识别不同的形态学特征的岩石断裂表面在不同加载速率下,这表明分形变化的敏感性变化加载率大于最大模量的方法。

最后,通过比较分形方法与模量最大的一个变化,分形变异方法的优势在于,它可以识别形态特征的差异引起的岩石断裂表面加载率的变化。然而,自我界定的功率和信噪比的测试没有明显的影响。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(没有。51079064),煤炭资源安全开采的国家重点实验室,中国矿业大学和技术(没有。SKLCRSM10KFA02),研究生的科研创新基金会江苏省(没有。CXZZ13_0686),南京师范大学泰州学院(没有青年基金项目。Q201234)。