大峡谷隧道微震信号及其相似信号的精细化智能分类研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoyan_0532
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
为实现协调发展,近年来在我国西部地区启动了一大批重大工程,这些工程建设难度均位于世界前列。乐汉高速大峡谷隧道为目前世界第一埋深的公路隧道,为保证隧道施工期人员和设备的安全,本研究结合隧道工程地质条件和钻爆法施工工序,基于高精度的微震监测监控技术,利用ESG微震监测系统构建了一套适用于特长超深埋公路隧道钻爆法施工的稳定微震监测系统。为解决监测过程中出现的与微震相似信号的识别分类难点,对信号的特征进行了提取和分析研究,继而得到最佳的特征数据组合方式和精细化分类模型,能够进一步提高监测预警成功率,降低误报率。通过分析研究,目前主要取得了如下初步的研究成果:(1)基于隧道岩石声发射特性试验,基本掌握大峡谷隧道的围岩声发射特性,并据此判断大峡谷隧道监测段内两种岩性的围岩所产生的微震信号差异较小,可以在进行信号识别研究时忽略围岩岩性差异因素。根据试验可知:监测段内白云岩单轴抗压强度为121.4MPa,石英砂岩单轴抗压强度为98MPa,同属坚硬岩;揭示了微震的沉寂期、两种围岩岩性的破坏模式及信号峰值频率分布情况。(2)针对大峡谷隧道的工程地质条件和施工特点,通过合理布置传感器安装断面,主机和Paladin位置,能较准确的进行围岩微破裂监测,最大程度减小现场施工对监测系统的干扰,可顺利实现每天24小时不间断的实时监测。(3)针对隧道工程环境噪音大的特点,对微震信号与相似信号进行去噪研究。采用DB2、DB4和DB6小波函数并在不同的降噪次数下分别进行实验,在小波函数选择DB6,阈值选择sqtwolog,降噪2次时,信号的降噪效果最好,降噪时既保留了信号的低频部分,也保留了信号的高频部分,去噪后的波形较原波形在尺度上失真较少,波形重构质量较高,能够满足本文后续信号特征提取的要求。(4)利用特征提取算法,提取了微震信号、与微震相似的非微震信号(简称:相似信号)和其他噪音信号在不同维度下的特征并进行统计学分析,初步确定分类特征。提取了微震信号和相似信号的震源参数特征并进行了相应的统计学分析,二者在震源半径和地震矩上存在较大差异;提取了信号在幅域上的特征,信号分布范围过于接近,不利于分类;提取了有量纲和无量纲的信号时域特征值,包括P波到时、波形因子、峰值因子、脉冲因子和裕度因子,除P波到时外,其他特征均有一定差异性;提取了信号在频域上的特征值,包括信号主频、MFCC和经验模态有效分解层数,其中信号主频、MFCC1~MFCC12和EMD有效IMF分量个数上均存在着较明显的差异,均可以作为分类模型的特征输入。(5)构建了用于大峡谷隧道波形信号识别分类的特征向量数据库。包括波形因子、峰值因子、脉冲因子和裕度因子、信号主频、EMD有效分解层数和MFCC这7个特征,根据确定的特征构建了信号数据库,其中微震信号282个,4794个特征值,相似信号138个,2346个特征值,其他噪音信号348个,5916个特征值,总计768个信号,13056个特征值。(6)通过实验确定了分类特征最佳组合方式和分类模型的最佳参数,继而利用样本数据库训练出最适宜的信号分类模型。当分类特征采用波形因子、信号主频、梅尔频率倒谱系数(MFCC1~MFCC12)和EMD有效分解层数时,分类算法采用二次多项式核函数支持向量机(SVM)时,模型针对微震信号与相似信号的分类效果最好,测试集上的分类准确率最高可达91%。(7)分析了大峡谷隧道微震监测过程中所收集到的信号类型,并将最优分类模型应用于大峡谷隧道K77+415、K77+492.5、K77+560.6、K78+015.6、K78+071.3和K78+083.5处,模型的分类准确度依次为84.7%、82.1%、82.9%、86.3%、86.8%和84.1%。能够较准确地识别出微震信号,剔除相似信号,缩短了人工识别的范围,提高了岩爆预警的即时性和效率,能够减小岩爆的误报警率,对于隧道等地下工程建设具有十分重要的工程应用意义。
其他文献
近年来巨大地震频发和连续主震的新特点,使得建筑结构在遭遇高于设防水准的大震时受到严重损坏而难以恢复其使用功能,因此如何提高结构的抗震性能以应对可能遭遇的大震成为我们亟需解决的问题。作为结构主要抗侧力构件的柱,钢管混凝土(CFT)柱因能充分发挥钢管和混凝土两种材料的特性,有良好的抗震性能,因而在实际工程领域得到广泛应用。而钢管混凝土柱中钢管的局部屈曲是影响柱承载力和延性的重要因素,已有研究表明如能改
学位
在对混凝土面板堆石坝的地震动力研究中,我们通常假设地震动方向沿大坝主轴方向输入,并未考虑地震波振动方向的随机性和不确定性。此外,当地震波为浅源地震或者坝址距震源较近时,地震波并不是从垂直方向入射的,而是以某个倾斜角度斜着传播来的,具有一定的空间变化不确定性。在工程设计中,若我们仅考虑地震动沿主轴和垂直方向输入,而不考虑地震动的其他输入方向,所得结果或许不利于大坝安全,甚至偏于危险。因此,研究地震波
学位
天津滨海新区正进行着吹填造陆工程,吹填土具有蠕变性,蠕变包括主固结阶段和次固结(蠕变)阶段,这使得吹填场区地基不仅在施工期间会产生较大沉降,也会在工后很长一段时间内持续的不均匀变形。如若天津港输气管道因地基沉降发生挤压变形,最终导致天然气泄漏,后果将不堪设想。因此,认真研究吹填土的工程特性对工程施工和工程安全有着重要意义。本文在总结前人研究成果的基础上,以天津港滨海新区吹填土为基础,进行了室内试验
学位
近年,随着我国经济的快速发展以及西部大开发的持续推进,高速公路及隧道不断向山区延伸,山区地形复杂并长期经受暴雨和风化剥削,使道路沿线不可避免的遭受到山区地质灾害的侵扰,危岩崩落已经成为山区常见的地质灾害。由于危岩崩落的偶然性和不可预测性,棚洞结构在我国已经成为最重要的危岩防治手段。本文依托于某工程项目,以门式棚洞为研究对象,通过有限元软件模拟落石冲击作用下棚洞结构的动力响应,系统地分析了单落石和多
学位
地震常常造成山区斜坡次生灾害的发生,由此造成的人员伤亡和经济损失甚至远远超过地震带来的直接危害。以“5.12汶川大地震”为例,因其震级高且动力作用时间较长,导致四川、甘肃、陕西等地区遭受严重破坏。秦岭南部勉略宁变质岩地区地质条件复杂,区域内不稳定斜坡极为发育,其中以片岩反倾斜坡最为典型,其岩体结构性较差。研究该区域片岩反倾斜坡的动力响应特征及破坏机制,可为有效防灾减灾提供参考依据,具有一定的理论意
学位
随全球气候变暖,山区工程活动加剧,我国西南地区近年来高位高危崩滑体灾害频发。该类灾害具有显著的突发性、隐蔽性特征,且运动过程表现出“崩—滑—流”的组合特性,流动距离远、冲击破坏力大,往往造成重大人员伤亡与财产损失,通常定义为高速远程滑坡-碎屑流灾害。因此,开展滑坡-碎屑流灾害运动特性与冲击效应研究,对山区工程选址、治理工程设计、定量风险评价和预警预报等具有重大意义与经济价值。本文以贵州关岭滑坡-碎
学位
滑坡复活会直接威胁到基础设施,危害公众安全,前人研究集中在对滑坡复活后进行治理,但在对于治理后的滑坡复活机理方面研究较少,所以对治理后滑坡复活的研究十分必要。本文依托茂县团结村西侧滑坡工程背景,利用极限平衡理论和数值模拟相结合的研究方法,针对滑坡治理后复活问题展开了一系列研究。本文取得的主要研究成果如下:(1)茂县团结村西侧滑坡体积约42.2万m~3,属于中型土质滑坡。(2)采用Geo Studi
学位
斜坡岩体的震裂损伤效应具有高隐蔽性,一般的现场调查难以直接查明,在长期重力作用和降雨诱发作用下,极易造成突发性崩滑地质灾害。自2008年汶川地震以来,强震区震裂山体失稳破坏事件已达到数十起,造成了大量的人员伤亡和经济损失,其中以2017年6月24日6时在四川省阿坝州茂县叠溪镇新磨村发生的高位远程滑坡最为典型,共造成十余人死亡,七十多人失踪。地震岩体震裂损伤是地震地质灾害研究的重要方向。本文以地震造
学位
隧道底鼓是隧道建设和运营中常见的工程病害之一。隧道底鼓会引起隧道底板的局部上拱,破坏铁路轨道的平稳。严重的底鼓会破坏隧道的支护结构,对列车的安全运行造成巨大的威胁。此外,由隧道底鼓引发的列车限速,不仅会导致时间上的浪费,还会造成巨大的经济损失。查明隧道底鼓的成因机理对底鼓隧道的整治和相似隧道的设计都起着非常重要的作用。因此,研究隧道底鼓的成因机理具有极其重要的经济意义和工程实践意义。本文以西成高铁
学位
<正>习近平总书记在学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想主题教育工作会议上的重要讲话,高屋建瓴、精辟深邃、内涵丰富,具有很强的政治性、思想性、指导性,为全党开展主题教育提供了科学指引和根本遵循。税务部门要深入学习贯彻习近平总书记重要讲话精神,深刻领悟“两个确立”的决定性意义,增强“四个意识”、坚定“四个自信”、
期刊