岩石力学与工程学报
巖石力學與工程學報
암석역학여공정학보
CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
2013年
4期
787-799
,共13页
宫宇新%何满潮%汪政红%尹雨婷
宮宇新%何滿潮%汪政紅%尹雨婷
궁우신%하만조%왕정홍%윤우정
岩石力学%时频分析%前兆信息%声发射%短时傅里叶变换%维格纳变换
巖石力學%時頻分析%前兆信息%聲髮射%短時傅裏葉變換%維格納變換
암석역학%시빈분석%전조신식%성발사%단시부리협변환%유격납변환
rock mechanics%time-frequency analysis%precursory information%acoustic emission(AE)%short-time Fourier transform(STFT)%Wigner-Ville distribution(WVD)
为得到以时间、频率、幅度和动态过程为特征量的多维度瞬时频率前兆信息,为岩爆等地质灾害的预测提供原理上的支持,开展岩石破坏声发射波形分析的研究.以花岗岩单轴压缩为实例,对声发射大数据的分割、时频分析理论与算法,以及时频分析窗函数的滤波性能的优化进行了理论分析与计算机实验.建立分割短数据的时间/频率分辨率的计算公式与大数据优化分割的基本原则；阐明时频分析窗宽度与频率域指标的优选方法；提出时频分析的综合优化算法,即:先用对声发射大数据进行最优分割、再根据短数据的特点对分析窗进行优选、用优化的短时傅里叶变换进行主频带定位、再用维格纳变换进行主频带中心频率的识别、最后对变换后的时频图进行精细化处理,以充分展现其中蕴含的动态信息.时频分析综合优化算法的应用表明:分割的短数据较好地反映了在不同应力水平下裂纹扩展的动态过程；分析窗的优化提高了时频变换的频率局部化性能并减少了频谱泄漏效应；解决了短时傅里叶变换不能精确描述主频分布的问题,避免了维格纳变换中“交叉项”的识别问题.应用多维度瞬时频率前兆可以更好地描述岩石破坏非线性过程的前兆信息,为岩石破坏的预测与机制认识提供新的、有力的手段.
為得到以時間、頻率、幅度和動態過程為特徵量的多維度瞬時頻率前兆信息,為巖爆等地質災害的預測提供原理上的支持,開展巖石破壞聲髮射波形分析的研究.以花崗巖單軸壓縮為實例,對聲髮射大數據的分割、時頻分析理論與算法,以及時頻分析窗函數的濾波性能的優化進行瞭理論分析與計算機實驗.建立分割短數據的時間/頻率分辨率的計算公式與大數據優化分割的基本原則；闡明時頻分析窗寬度與頻率域指標的優選方法；提齣時頻分析的綜閤優化算法,即:先用對聲髮射大數據進行最優分割、再根據短數據的特點對分析窗進行優選、用優化的短時傅裏葉變換進行主頻帶定位、再用維格納變換進行主頻帶中心頻率的識彆、最後對變換後的時頻圖進行精細化處理,以充分展現其中蘊含的動態信息.時頻分析綜閤優化算法的應用錶明:分割的短數據較好地反映瞭在不同應力水平下裂紋擴展的動態過程；分析窗的優化提高瞭時頻變換的頻率跼部化性能併減少瞭頻譜洩漏效應；解決瞭短時傅裏葉變換不能精確描述主頻分佈的問題,避免瞭維格納變換中“交扠項”的識彆問題.應用多維度瞬時頻率前兆可以更好地描述巖石破壞非線性過程的前兆信息,為巖石破壞的預測與機製認識提供新的、有力的手段.
위득도이시간、빈솔、폭도화동태과정위특정량적다유도순시빈솔전조신식,위암폭등지질재해적예측제공원리상적지지,개전암석파배성발사파형분석적연구.이화강암단축압축위실례,대성발사대수거적분할、시빈분석이론여산법,이급시빈분석창함수적려파성능적우화진행료이론분석여계산궤실험.건립분할단수거적시간/빈솔분변솔적계산공식여대수거우화분할적기본원칙；천명시빈분석창관도여빈솔역지표적우선방법；제출시빈분석적종합우화산법,즉:선용대성발사대수거진행최우분할、재근거단수거적특점대분석창진행우선、용우화적단시부리협변환진행주빈대정위、재용유격납변환진행주빈대중심빈솔적식별、최후대변환후적시빈도진행정세화처리,이충분전현기중온함적동태신식.시빈분석종합우화산법적응용표명:분할적단수거교호지반영료재불동응력수평하렬문확전적동태과정；분석창적우화제고료시빈변환적빈솔국부화성능병감소료빈보설루효응；해결료단시부리협변환불능정학묘술주빈분포적문제,피면료유격납변환중“교차항”적식별문제.응용다유도순시빈솔전조가이경호지묘술암석파배비선성과정적전조신식,위암석파배적예측여궤제인식제공신적、유력적수단.
