本公開涉及地質(zhì)工程和巖土工程領(lǐng)域，具體涉及一種深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在地質(zhì)工程和巖土工程領(lǐng)域，深部巖體的力學(xué)性能研究對于地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評估、礦產(chǎn)資源的開發(fā)以及地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防具有重要意義。深部巖體由于其所處的高壓、高溫環(huán)境，其力學(xué)行為與淺層巖體存在顯著差異，這使得傳統(tǒng)的力學(xué)測試方法難以直接應(yīng)用于深部巖體。

2、因此，期望一種深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、考慮到以上問題而做出了本公開。本公開的一個目的是提供一種深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)及方法。

2、本公開的實施例提供了一種深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)，其包括：

3、巖體斷裂聲發(fā)射信號采集模塊，用于獲取由被試驗的深部巖體在斷裂時產(chǎn)生的聲發(fā)射信號；

4、格拉姆角和場域轉(zhuǎn)換模塊，用于對所述聲發(fā)射信號進(jìn)行格拉姆角和場轉(zhuǎn)換以得到格拉姆角和場圖像；

5、深部巖體局部動力特性特征提取模塊，用于對所述格拉姆角和場圖像進(jìn)行局部圖像特征分析以得到基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列；

6、深部巖體局部動力特性相關(guān)性特征增強(qiáng)模塊，用于將所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列輸入基于序列內(nèi)部相關(guān)性的特征增強(qiáng)模塊以得到強(qiáng)化基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列；

7、凱澤點位置坐標(biāo)估計模塊，用于將所述強(qiáng)化基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列排列為深部巖體全局動力特性表示矩陣后，基于所述深部巖體全局動力特性表示矩陣確定凱澤點的位置坐標(biāo)估計值。

8、例如，根據(jù)本公開的實施例的深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)，其中，所述深部巖體局部動力特性特征提取模塊，包括：

9、格拉姆角和場圖像切分單元，用于對所述格拉姆角和場圖像進(jìn)行圖像塊切分以得到格拉姆角和場局部圖像的序列；

10、格拉姆角和場局部圖像特征提取單元，用于將所述格拉姆角和場局部圖像的序列中的各個格拉姆角和場局部圖像分別通過基于空洞卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的圖像特征提取器以得到所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列。

11、例如，根據(jù)本公開的實施例的深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)，其中，所述深部巖體局部動力特性相關(guān)性特征增強(qiáng)模塊，包括：

12、向量級聯(lián)單元，用于將所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列中的每兩個基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量進(jìn)行級聯(lián)以得到多個深部巖體局部動力特性級聯(lián)表示行向量的序列；

13、自相關(guān)特征捕捉單元，用于將所述多個深部巖體局部動力特性級聯(lián)表示行向量的序列中的每個深部巖體局部動力特性級聯(lián)表示行向量的序列進(jìn)行自相關(guān)特征捕捉以得到多個深部巖體局部動力特性行向量自相關(guān)系數(shù)的序列；

14、向量排列單元，用于將所述多個深部巖體局部動力特性行向量自相關(guān)系數(shù)的序列排列為多個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)行向量；

15、類支持權(quán)重向量計算單元，用于計算所述多個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)行向量中的各個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)行向量的類支持權(quán)重向量以得到多個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)類支持行向量；

16、向量數(shù)量計算單元，用于計算所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列中每兩個基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量之間的向量數(shù)量以得到多個深部巖體局部動力特性計數(shù)量向量；

17、加權(quán)和單元，用于分別以所述多個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)類支持行向量中的每個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)類支持行向量的各個位置特征值作為權(quán)重，計算所述多個深部巖體局部動力特性計數(shù)量向量的加權(quán)和以得到深部巖體局部動力特性相關(guān)性表示向量的序列；

18、激活單元，用于將所述深部巖體局部動力特性相關(guān)性表示向量的序列輸入激活函數(shù)中進(jìn)行激活處理以得到深部巖體局部動力特性相關(guān)性激活表示向量的序列；

19、第一乘積計算單元，用于計算所述深部巖體局部動力特性相關(guān)性激活表示向量的序列中各個深部巖體局部動力特性相關(guān)性激活表示向量與第一超參數(shù)的乘積以得到深部巖體局部動力特性相關(guān)性語義加權(quán)優(yōu)化特征向量的序列；

20、第二乘積計算單元，用于計算所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列中各個基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量與第二超參數(shù)的乘積以得到基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性加權(quán)調(diào)制表示向量的序列；

21、按位置加和單元，用于計算所述深部巖體局部動力特性相關(guān)性語義加權(quán)優(yōu)化特征向量的序列和所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性加權(quán)調(diào)制表示向量的序列中每組對應(yīng)的深部巖體局部動力特性相關(guān)性語義加權(quán)優(yōu)化特征向量和基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性加權(quán)調(diào)制表示向量之間的按位置加和以得到所述強(qiáng)化基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列。

22、例如，根據(jù)本公開的實施例的深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)，其中，所述自相關(guān)特征捕捉單元，用于：

23、計算所述深部巖體局部動力特性級聯(lián)表示行向量的序列中每個深部巖體局部動力特性級聯(lián)表示行向量和預(yù)設(shè)的權(quán)重特征向量之間的乘積以得到深部巖體局部動力特性自相關(guān)權(quán)重值的序列；

24、將所述深部巖體局部動力特性自相關(guān)權(quán)重值的序列進(jìn)行非線性激活處理以得到所述深部巖體局部動力特性行向量自相關(guān)系數(shù)的序列。

25、例如，根據(jù)本公開的實施例的深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)，其中，所述類支持權(quán)重向量計算單元，用于：

26、以所述深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)行向量中的每個特征值作為自然常數(shù)的指數(shù)以計算按位置的以自然常數(shù)為底的指數(shù)函數(shù)值以得到深部巖體局部動力特性自相關(guān)類支持行向量；

27、計算所述深部巖體局部動力特性自相關(guān)類支持行向量中的各個位置特征值的加和以得到深部巖體局部動力特性全局自相關(guān)度量系數(shù)；

28、計算所述深部巖體局部動力特性自相關(guān)類支持行向量中的各個特征值與所述深部巖體局部動力特性全局自相關(guān)度量系數(shù)之間的按位置除法以得到所述深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)類支持行向量。

29、例如，根據(jù)本公開的實施例的深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)，其中，所述凱澤點位置坐標(biāo)估計模塊，用于：

30、將所述強(qiáng)化基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列排列為所述深部巖體全局動力特性表示矩陣后輸入基于解碼器的凱澤點估計器以得到解碼值，所述解碼值用于表示凱澤點的位置坐標(biāo)估計值。

31、例如，根據(jù)本公開的實施例的深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)，其中，所述凱澤點位置坐標(biāo)估計模塊，用于：

32、將所述深部巖體全局動力特性表示矩陣進(jìn)行特征矩陣展開以得到深部巖體全局動力特性表示向量；

33、計算所述深部巖體全局動力特性表示向量的自均值矩陣和自方差矩陣，其中，所述自均值矩陣的第(i，j)位置的值是所述深部巖體全局動力特性表示向量的第i位置特征值與第j位置特征值的均值，且所述自方差矩陣的第(i，j)位置的值是所述深部巖體全局動力特性表示向量的第i位置特征值與第j位置特征值的方差；

34、將作為行特征向量的所述深部巖體全局動力特性表示向量的轉(zhuǎn)置向量與所述自均值矩陣進(jìn)行矩陣相乘以獲得第一中間向量并將自方差矩陣與所述深部巖體全局動力特性表示向量進(jìn)行矩陣相乘以獲得第二中間向量；

35、計算所述第一中間向量與所述第二中間向量的轉(zhuǎn)置向量的點加之和以獲得第三中間向量；

36、計算所述自均值矩陣和所述自方差矩陣的矩陣乘積，并將所述深部巖體全局動力特性表示向量的轉(zhuǎn)置向量與所述矩陣乘積進(jìn)行矩陣相乘以獲得第四中間向量；

37、計算所述第三中間向量與所述第四中間向量的轉(zhuǎn)置向量的點加之和以得到優(yōu)化的深部巖體全局動力特性表示向量；以及

38、將所述優(yōu)化的深部巖體全局動力特性表示向量通過基于解碼器的凱澤點估計器以得到解碼值。

39、本公開的實施例還提供了一種深部巖體動力性能試驗方法，其包括：

40、獲取由被試驗的深部巖體在斷裂時產(chǎn)生的聲發(fā)射信號；

41、對所述聲發(fā)射信號進(jìn)行格拉姆角和場轉(zhuǎn)換以得到格拉姆角和場圖像；

42、對所述格拉姆角和場圖像進(jìn)行局部圖像特征分析以得到基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列；

43、將所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列輸入基于序列內(nèi)部相關(guān)性的特征增強(qiáng)模塊以得到強(qiáng)化基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列；

44、將所述強(qiáng)化基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列排列為深部巖體全局動力特性表示矩陣后，基于所述深部巖體全局動力特性表示矩陣確定凱澤點的位置坐標(biāo)估計值。

45、例如，根據(jù)本公開的實施例的深部巖體動力性能試驗方法，其中，對所述格拉姆角和場圖像進(jìn)行局部圖像特征分析以得到基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列，包括：

46、對所述格拉姆角和場圖像進(jìn)行圖像塊切分以得到格拉姆角和場局部圖像的序列；

47、將所述格拉姆角和場局部圖像的序列中的各個格拉姆角和場局部圖像分別通過基于空洞卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的圖像特征提取器以得到所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列。

48、例如，根據(jù)本公開的實施例的深部巖體動力性能試驗方法，其中，將所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列輸入基于序列內(nèi)部相關(guān)性的特征增強(qiáng)模塊以得到強(qiáng)化基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列，包括：

49、將所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列中的每兩個基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量進(jìn)行級聯(lián)以得到多個深部巖體局部動力特性級聯(lián)表示行向量的序列；

50、將所述多個深部巖體局部動力特性級聯(lián)表示行向量的序列中的每個深部巖體局部動力特性級聯(lián)表示行向量的序列進(jìn)行自相關(guān)特征捕捉以得到多個深部巖體局部動力特性行向量自相關(guān)系數(shù)的序列；

51、將所述多個深部巖體局部動力特性行向量自相關(guān)系數(shù)的序列排列為多個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)行向量；

52、計算所述多個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)行向量中的各個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)行向量的類支持權(quán)重向量以得到多個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)類支持行向量；

53、計算所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列中每兩個基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量之間的向量數(shù)量以得到多個深部巖體局部動力特性計數(shù)量向量；

54、分別以所述多個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)類支持行向量中的每個深部巖體局部動力特性自相關(guān)系數(shù)類支持行向量的各個位置特征值作為權(quán)重，計算所述多個深部巖體局部動力特性計數(shù)量向量的加權(quán)和以得到深部巖體局部動力特性相關(guān)性表示向量的序列；

55、將所述深部巖體局部動力特性相關(guān)性表示向量的序列輸入激活函數(shù)中進(jìn)行激活處理以得到深部巖體局部動力特性相關(guān)性激活表示向量的序列；

56、計算所述深部巖體局部動力特性相關(guān)性激活表示向量的序列中各個深部巖體局部動力特性相關(guān)性激活表示向量與第一超參數(shù)的乘積以得到深部巖體局部動力特性相關(guān)性語義加權(quán)優(yōu)化特征向量的序列；

57、計算所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列中各個基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量與第二超參數(shù)的乘積以得到基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性加權(quán)調(diào)制表示向量的序列；

58、計算所述深部巖體局部動力特性相關(guān)性語義加權(quán)優(yōu)化特征向量的序列和所述基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性加權(quán)調(diào)制表示向量的序列中每組對應(yīng)的深部巖體局部動力特性相關(guān)性語義加權(quán)優(yōu)化特征向量和基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性加權(quán)調(diào)制表示向量之間的按位置加和以得到所述強(qiáng)化基于格拉姆角和場的深部巖體局部動力特性表示向量的序列。

59、根據(jù)本公開的實施例的深部巖體動力性能試驗系統(tǒng)及方法，其通過獲取深部巖體在斷裂時產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，并在后端引入基于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的數(shù)據(jù)處理和分析算法來進(jìn)行該聲發(fā)射信號的分析，以此來確定凱澤點的位置估計值。這樣，可以更全面地理解巖石的復(fù)雜受力情況和巖體結(jié)構(gòu)，從而更為準(zhǔn)確地確定凱澤點的位置，為地質(zhì)工程和巖土工程領(lǐng)域提供更可靠的數(shù)據(jù)支持。