CN116539413B - 基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定方法 - Google Patents
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Abstract
本申请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，涉及地下工程技术领域。方法包括：对待测岩石样本进行室内岩石单轴压缩声发射实验，获取应力‑应变曲线和声发射累计计数曲线，并划分为若干声发射累计计数子曲线，并对各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。根据各声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成二者之间的拟合度曲线。根据各声发射累计计数子曲线对应的线性曲线，生成计数变化速率曲线。根据计数变化速率曲线和拟合度曲线，确定目标特征应变。根据目标特征应变和应力‑应变曲线，确定待测岩石样本的岩石特征应力。采用本申请可以确定岩石特征应力。
Description
技术领域
本申请涉及地下工程技术领域，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
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。
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。
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。
因此，亟需一种岩石特征应力的确定方法。
发明内容
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。
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：
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。
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：
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；
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。
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：
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；
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。
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：
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；
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。
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：
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；
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；
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。
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，
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。
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：
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；
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；
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。
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：
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；
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；
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；
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；
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；
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。
作为一种可选地实施方式，所述第一确定模块，具体用于：
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；
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。
作为一种可选地实施方式，所述第一生成模块，具体用于：
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；
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。
作为一种可选地实施方式，所述第二生成模块，具体用于：
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；
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。
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：
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；
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；
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。
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，
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。
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：
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；
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；
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。
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。
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。
本申请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，本申请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，本申请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）。本申请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。
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，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的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的流程图；
图2为本申请实施例提供的另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的流程图；
图3为本申请实施例提供的又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的流程图；
图4为本申请实施例提供的又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的流程图；
图5为本申请实施例提供的又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的流程图；
图6为本申请实施例提供的又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的流程图；
图7为本申请实施例提供的一种应力路径与声发射累计计数结合的示意图；
图8为本申请实施例提供的一种拟合度、计数变化速率对数值及应力路径分布图；
图9为本申请实施例提供的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的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
下面将结合具体实施方式，对本申请实施例提供的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进行详细的说明，图1为本申请实施例提供的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的流程图，如图1所示，具体步骤如下：
步骤101，对待测岩石样本进行室内岩石单轴压缩声发射实验，获取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。
在实施中，技术人员选取典型硬岩（如：红砂岩）作为待测岩石样本，然后开展室内岩石单轴压缩声发射实验，可以采用0.004mm/s 的位移加载速率，使待测岩石样本静态破坏，并通过声发射监测设备实时采集待测岩石样本在压缩过程中随应变变化的声发射计数。实验结束之后，计算机生成待测岩石样本的应力-应变曲线。图7为本申请实施例提供的一种应力路径与声发射累计计数结合的示意图，如图7所示，实线为应力路径，横轴为应变，左侧纵轴为应力，应力-应变曲线最开始是下凸增长之后呈线性上升趋势，最后为上凸增长。技术人员通过计算机设备对采集到的声发射计数进行统计，通过计算机生成声发射计数的整个累积的全过程图，即声发射计数随应变增长的声发射累计计数曲线，图7中虚线为声发射累计计数曲线，横轴为应变，右侧纵轴为声发射累计计数的对数值。声发射累计计数曲线先是上凸增长，再是呈线性增长，然后是上凹增长趋势最后突增。
步骤102，将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。
在实施中，由于声发射累计计数曲线是条由线性向非线性演化的曲线，因此，本申请实施例将声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线。基于预设的线性回归方法（如：最小二乘法回归、Theil’s回归或Siegel回归等）对各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。
作为一种可选地实施方式，声发射累计计数曲线为非线性曲线，图2为本申请实施例提供的另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的流程图，如图2所示，步骤102中将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的具体步骤如下：
步骤201，按照预设的应变滑动窗口和滑动步长，将声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线。
在实施中，技术人员可以通过计算机将声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线。具体可以以滑动窗口的方式，按照预设的应变滑动窗口和滑动步长进行滑动截取。例如应变滑动窗口为0.1，滑动步长为0.05。如图7所示，计算机可以将应变值在0-0.1之间的声发射累计计数曲线确定为第一条声发射累计计数子曲线，应变滑动窗口滑动一次，计算机可以将应变值在0.05-0.15之间的声发射累计计数曲线确定为第二条声发射累计计数子曲线，应变滑动窗口滑动再一次，计算机可以将应变值在0.1-0.2之间的声发射累计计数曲线确定为第三条声发射累计计数子曲线，以此类推，最终将声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线。
步骤202，针对每个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。
在实施中，针对每个声发射累计计数子曲线，技术人员通过计算机和预设的线性回归算法，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。
步骤103，根据各声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成各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。
在实施中，技术人员通过计算机可以根据各声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成各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。图8为本申请实施例提供的一种拟合度、计数变化速率对数值及应力路径分布图。如图8所示，图8中的短虚线为拟合度曲线，拟合度曲线所在坐标系的纵轴（左侧）为拟合度，横轴为应变。
作为一种可选地实施方式，图3为本申请实施例提供的又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的流程图，如图3所示，步骤103中根据各声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成各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的具体步骤如下：
步骤301，针对各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。
在实施中，针对各声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，技术人员通过计算机可以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。
步骤302，根据各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。
在实施中，技术人员通过计算机，将各声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线之间的拟合度，拟合成拟合度随应变变化的拟合度曲线，技术人员还可以通过计算机还可以对拟合度曲线进行平滑处理。如图8中的短虚线所示。
步骤104，根据各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。
在实施中，技术人员通过计算机根据各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，如图8所示，图8中的长虚线为计数变化速率曲线，计数变化速率曲线所在坐标系的纵轴（右侧）为计数变化速率对数值，横轴为应变。
作为一种可选地实施方式，图4为本申请实施例提供的又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的流程图，如图4所示，步骤104中根据各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的具体步骤如下：
步骤401，针对每个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。
在实施中，声发射累计计数子曲线对应的线性曲线的斜率为声发射累计计数的计数变化速率。技术人员可以通过计算机获取每个声发射累计计数子曲线对应的线性曲线的斜率，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。
步骤402，根据各声发射累计计数子曲线的计数变化速率，生成声发射计数随应变变化的计数变化速率曲线。
在实施中，技术人员通过计算机可以将各声发射累计计数子曲线的计数变化速率，拟合成声发射计数随应变变化的计数变化速率曲线，技术人员还可以通过计算机还可以对计数变化速率曲线进行平滑处理，如图8中的长虚线所示。
步骤105，根据计数变化速率曲线和拟合度曲线，确定待测岩石样本的目标特征应变。
在实施中，计算机根据计数变化速率曲线和拟合度曲线，确定待测岩石样本的目标特征应变。
作为一种可选地实施方式，目标特征应变包括裂纹闭合应变、起裂应变和扩容应变，图5为本申请实施例提供的又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的流程图，如图5所示，步骤105中根据计数变化速率曲线和拟合度曲线，确定待测岩石样本的目标特征应变的具体步骤如下：
步骤501，获取计数变化速率曲线中的计数变化速率和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，并将第一应变确定为裂纹闭合应变。
在实施中，计算机可以获取计数变化速率曲线中的计数变化速率和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，并将第一应变确定为裂纹闭合应变。拟合度曲线达到稳定状态时，说明声发射累计计数子曲线与对应的线性曲线达到较高的拟合度，进一步说明此时的声发射累计计数子曲线为线性状态。计数变化速率曲线达到稳定状态时，说明声发射累计计数曲线的斜率近乎不变。通过计数变化速率和拟合度两个指标，可以确定声发射累计计数曲线进入线性阶段的起始点，该点对应的应变即为裂纹闭合应变。如图8所示，在待测岩石样本压缩前期，应力和声发射计数等指标波动较大，应变值从0.3351起，两条曲线开始逐渐平稳，因此可以将应变值0.3351确定为裂纹闭合应变。
步骤502，获取拟合度曲线中的拟合度处于稳定状态，且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，并将第二应变确定为起裂应变。
在实施中，计算机可以获取拟合度曲线中的拟合度处于稳定状态，且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，并将第二应变确定为起裂应变。拟合度曲线保持稳定状态，说明声发射累计计数子曲线与对应的线性曲线保持较高的拟合度，计数变化速率曲线开始上升，说明声发射累计计数曲线的斜率增大，声发射累计计数增长加快。此时的应变即为起裂应变。如图8所示，应变值从1.8955到2.2300，拟合度曲线保持平稳，计数变化速率曲线轻微上升，因此，可以将应变值1.8955确定为起裂应变。
步骤503，获取拟合度曲线中的拟合度由稳定状态转为下降状态时的第三应变，并将第三应变确定为扩容应变。
在实施中，计算机可以获取拟合度曲线中的拟合度由稳定状态转为下降状态时的第三应变，并将第三应变确定为扩容应变。拟合度曲线由稳定状态转为下降状态，说明声发射累计计数子曲线与对应的线性曲线的拟合度降低，进一步说明声发射累计计数曲线从线性向非线性转化，计数变化速率曲线继续上升，说明声发射累计计数曲线的斜率进一步增大，声发射累计计数增长进一步加快，此时的应变即为扩容应变。如图8所示，应变值从2.2300到2.9188，拟合度曲线中的拟合度从稳定状态转为急剧下降，因此，可以将应变值2.2300确定为扩容应变。
作为一种可选地实施方式，预设的稳定状态为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，
拟合度曲线中的拟合度处于预设的拟合度阈值范围内。
在实施中，技术人员可以预先在计算机中设置计数变化速率阈值范围和拟合度阈值范围。当计数变化速率曲线中的计数变化速率处于预设的拟合度阈值范围内时，计算机判定计数变化速率曲线中的计数变化速率处于稳定状态。同理，当拟合度曲线中的拟合度处于预设的拟合度阈值范围内时，计算机判定拟合度曲线中的拟合度处于稳定状态。
步骤106，根据目标特征应变和应力-应变曲线，确定待测岩石样本的岩石特征应力。
在实施中，计算机可以根据目标特征应变，在应力-应变曲线中，确定目标特征应变对应的岩石特征应力。
作为一种可选地实施方式，目标特征应变包括裂纹闭合应变、起裂应变和扩容应变，岩石特征应力包括裂纹闭合应力、起裂应力和扩容应力，图6为本申请实施例提供的又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的流程图，如图6所示，步骤106中，根据目标特征应变和应力-应变曲线，确定待测岩石样本的岩石特征应力的具体步骤如下：
步骤601，在应力-应变曲线中，将裂纹闭合应变对应的第一应力确定为裂纹闭合应力。
在实施中，计算机可以在应力-应变曲线中，将裂纹闭合应变对应的第一应力确定为裂纹闭合应力。如图8所示，图中的实线为应力-应变曲线，横轴为应变，纵轴为应力。计算机可以根据裂纹闭合应变值0.3351，在应力-应变曲线中，确定裂纹闭合应力为11.817Mpa。
步骤602，在应力-应变曲线中，确定起裂应变对应的第二应力确定为起裂应力。
在实施中，计算机可以在应力-应变曲线中，将裂纹闭合应变对应的第一应力确定为裂纹闭合应力。如图8所示，计算机可以根据起裂应变1.8955，在应力-应变曲线中，确定起裂应力为75.78Mpa。
步骤603，在应力-应变曲线中，确定扩容应变对应的第三应力确定为扩容应力。
在实施中，计算机可以在应力-应变曲线中，将裂纹闭合应变对应的第一应力确定为裂纹闭合应力。如图8所示，计算机可以根据扩容应变2.2300，在应力-应变曲线中，确定扩容应力为89.58MPa。
本申请实施例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，方法包括：对待测岩石样本进行室内岩石单轴压缩声发射实验，获取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。根据各声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成各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。根据计数变化速率曲线和拟合度曲线，确定待测岩石样本的目标特征应变。根据目标特征应变和应力-应变曲线，确定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，本申请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）。本申请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。
应该理解的是，虽然图1至图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1至图6中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
可以理解的是，本说明书中上述方法的各个实施例之间相同/相似的部分可互相参见，每个实施例重点说明的是与其他实施例的不同之处，相关之处参见其他方法实施例的说明即可。
本申请实施例还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，如图9所示，该装置包括：
获取模块910，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；
第一确定模块920，用于将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；
第一生成模块930，用于根据各声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成各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；
第二生成模块940，用于根据各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；
第二确定模块950，用于根据计数变化速率曲线和拟合度曲线，确定待测岩石样本的目标特征应变；
第三确定模块960，用于根据目标特征应变和应力-应变曲线，确定待测岩石样本的岩石特征应力。
作为一种可选地实施方式，第一确定模块920，具体用于：
按照预设的应变滑动窗口和滑动步长，将声发射累计计数曲线划分为若干声发射累计计数子曲线；
针对每个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。
作为一种可选地实施方式，第一生成模块930，具体用于：
针对各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；
根据各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。
作为一种可选地实施方式，第二生成模块940，具体用于：
针对每个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；
根据各声发射累计计数子曲线的计数变化速率，生成声发射计数随应变变化的计数变化速率曲线。
作为一种可选地实施方式，目标特征应变包括裂纹闭合应变、起裂应变和扩容应变，第二确定模块950，具体用于：
获取计数变化速率曲线中的计数变化速率和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，并将第一应变确定为裂纹闭合应变；
获取拟合度曲线中的拟合度处于稳定状态，且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，并将第二应变确定为起裂应变；
获取拟合度曲线中的拟合度由稳定状态转为下降状态时的第三应变，并将第三应变确定为扩容应变。
作为一种可选地实施方式，预设的稳定状态为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，
拟合度曲线中的拟合度处于预设的拟合度阈值范围内。
作为一种可选地实施方式，目标特征应变包括裂纹闭合应变、起裂应变和扩容应变，岩石特征应力包括裂纹闭合应力、起裂应力和扩容应力，第三确定模块960，具体用于：
在应力-应变曲线中，将裂纹闭合应变对应的第一应力确定为裂纹闭合应力；
在应力-应变曲线中，确定起裂应变对应的第二应力确定为起裂应力；
在应力-应变曲线中，确定扩容应变对应的第三应力确定为扩容应力。
本申请实施例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，装置包括：获取模块910，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。第一确定模块920，用于将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。第一生成模块930，用于根据各声发射累计计数子曲线和对应的线性曲线，生成各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。第二生成模块940，用于根据各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。第二确定模块950，用于根据计数变化速率曲线和拟合度曲线，确定待测岩石样本的目标特征应变。第三确定模块960，用于根据目标特征应变和应力-应变曲线，确定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，本申请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）。本申请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。
关于基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定装置的具体限定可以参见上文中对于基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定方法的限定，在此不再赘述。上述基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，如图10所示，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上述基于声发射计数非线性演化的岩石压缩变形裂纹特征应力确定的方法步骤。
在一个实施例中，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上述基于声发射计数非线性演化的岩石压缩变形裂纹特征应力确定的方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定方法，其特征在于，所述方法包括：
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；
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：
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；
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；
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：
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；
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；
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：
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；
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；
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。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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：
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；
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。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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，
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。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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：
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；
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；
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。
5.一种基于声发射计数非线性演化的岩石特征应力确定装置，其特征在于，所述装置包括：
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；
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；
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；
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；
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；
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；
所述第一生成模块，具体用于：
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；
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；
所述第二生成模块，具体用于：
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；
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；
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：
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；
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；
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。
6.一种计算机设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
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