工程岩体损伤声发射源定位优化研究

摘要

近年来，国内外工程岩体灾害频发，造成了重大人员伤亡与经济损失。声发射技术是一种新型动态的无损检测技术，且对被检材料的要求较低。采用该技术检测岩石类材料的内部损伤状况有利于岩土工程的健康监测、灾害预警及检测加固等工作的开展。
　　声发射信号是一种复杂的非平稳信号，常规的信号分析方法难以对其主要成分进行全面解读，影响源定位的精度。源定位是声发射技术的一个重要目的，能够粗略描绘出材料的内部损伤区域。在常用的时差定位中，信号到达时间与定位方程求解算法均能对其精度产生影响。
　　本文主要介绍了与声发射相关的基本概念、相关技术、主要应用，以及岩石材料损伤的声发射特性；总结了声发射及其源定位技术主要研究方向、研究现状；分别对声发射信号预处理以及源定位技术做了深入研究，总结了影响源定位的因素，阐述了相关理论。基于以上的研究基础，针对声发射信号消噪与源定位过程中存在的问题提出了相应的解决措施。本文的主要研究工作包括：
　　①针对声发射信号消噪过程中信号成分丢失与噪声残留的问题，以中值滤波-奇异值分解作为前置滤波器，消除部分干扰脉冲与随机噪声；采用基于尺度的自适应阈值选取方法与改进软阈值消噪方程的小波包分解对信号进行消噪处理；研究了以灰岩为代表的岩石材料损伤声发射信号的频率特性、主要成分以及能量分布，保留了声发射信号的主要成分，提高了信噪比。
　　②针对源定位过程中精度不高，迭代步数较长的问题，采用地震波到达时间读取方法获取包含声发射信号到达时间的窗口，在此窗口内采用基于自回归模型的Akaike信息准则算法读取到达时间；采用最小二乘法与单纯形算法相结合的迭代算法求取源位置，减少了迭代步数，提高了定位精度。
　　③针对不同材质、不同规格的岩石材料进行了损伤定位试验，对定位结果与定位精度进行了分析说明。并通过断铅试验、定位校正以及数值模拟验证了本文通过对声发射信号进行有效识别，改进定位方法，达到了较好的定位效果。

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1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 创新之处与拟解决的关键问题

1.4 论文研究的主要内容及组织结构

1.5 本章小结

2 声发射技术理论基础

2.1 声发射技术

2.2 声发射检测系统

2.3 岩石材料损伤声发射特性

2.4 影响岩石材料声发射源定位的因素

2.5 本章小结

3 声发射信号预处理

3.1 中值滤波

3.2 奇异值分解

3.3 互相关函数

3.4 小波包分解

3.5 本章小结

4 声发射源定位的实现

4.1 声发射信号到达时间的读取

4.2 时差定位的实现

4.3 声发射源定位试验

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录