●前言
第1章 緒論 1 
1.1 岩體聲學的地位和作用 1 
1.2 岩體聲學的研究現狀 3 
1.2.1 岩體聲學技術的實驗室尺度研究 3 
1.2.2 岩體聲學技術的工程尺度研究 6 
1.3 岩體聲學技術的未來 8
參考文獻 9
第2章 岩體聲學參數測試方法及儀器 14 
2.1 岩體聲學的主要測量參數 14 
2.1.1 岩體的聲波速度 14 
2.1.2 岩體的聲波振幅 16 
2.1.3 岩體的聲波頻率 16 
2.1.4 岩體的聲阻抗 16 
2.1.5 岩體的聲衰減繫數 17 
2.2 岩體聲學主要參數的測量方法 17 
2.2.1 聲波速度的測量方法 17 
2.2.2 聲波振幅的測量方法 18 
2.2.3 聲波頻率的測量方法 18 
2.2.4 聲衰減繫數的測量方法 19 
2.2.5 聲學傳感器的校準 19 
2.2.6 聲波信號處理技術 20 
2.3 岩體聲學測試技術所使用的儀器 21 
2.3.1 岩體聲學測試儀器的組成 21 
2.3.2 岩體聲學傳感器 22 
2.3.3 岩體聲學測試前置放大電路 25 
2.3.4 岩體聲學信號處理器 27 
2.3.5 分析輸出與顯示設備（用於測試的計算機） 27 
2.3.6 岩體聲學測試繫統的技術指標 29 
2.3.7 地聲智能感知與微震監測設備 31
參考文獻 34
第3章 聲波在岩體中的產生機理與衰減特性 36 
3.1 岩體聲發射信號產生機理 36 
3.2 岩體中主要的聲發射源 40 
3.2.1 岩體的滑移變形 40 
3.2.2 裂紋的形成與擴展 42 
3.2.3 岩體破裂的力學機理 45 
3.3 岩體中聲發射衰減規律的試驗研究 47 
3.3.1 聲發射監測設備 47 
3.3.2 試驗岩石試樣 47 
3.3.3 聲波在不同性質的岩體中傳播衰減特性分析 50 
3.3.4 聲波在含斷面岩體中傳播衰減特性分析 62
參考文獻 64
第4章 岩體破裂聲源的定位方法 65 
4.1 未知波速繫統三維迭代定位法 65 
4.1.1 基本原理 65 
4.1.2 試驗 68 
4.1.3 試驗結果分析 69 
4.2 未知波速繫統三維解析解定位法 70 
4.2.1 基本原理 70 
4.2.2 試驗 74 
4.2.3 試驗結果分析 75 
4.3 解析解和迭代協同定位法 86 
4.3.1 基本原理 87 
4.3.2 試驗 89 
4.3.3 試驗結果分析 90 
4.4 速度區間變窄的多步源定位法 96 
4.4.1 基本原理 96 
4.4.2 試驗 98 
4.4.3 試驗結果分析 100 
4.5 三維含孔洞結構無需預先測波速定位法 102 
4.5.1 基本原理 102 
4.5.2 試驗 107 
4.5.3 試驗結果分析 115
參考文獻 116
第5章 岩體聲發射事件的分離方法 118 
5.1 岩體聲發射事件的分離方法概述 118 
5.2 岩體聲發射事件篩選 119 
5.3 岩體聲發射事件波形切割 120 
5.3.1 峰值鋻別時間、撞擊鋻別時間、撞擊閉鎖時間定時參數 120 
5.3.2 持續鋻別時間、恢復時間定時參數 120 
5.3.3 波形能量包絡切割法 121 
5.4 岩體聲發射事件的識別指標 123 
5.4.1 互相關繫數 123 
5.4.2 振鈴計數 123 
5.4.3 上升時間 124 
5.4.4 信號強度 124 
5.5 岩體聲發射事件的識別方法 124 
5.5.1 模板通道選擇 124 
5.5.2 滑動窗口掃描 125 
5.5.3 時差矯正 126 
5.5.4 到時提取 126 
5.6 岩體聲發射事件的分離試驗 128 
5.6.1 單峰單事件波形切割及識別 128 
5.6.2 雙峰多事件波形切割及識別 139 
5.6.3 多峰單事件波形切割及識別 152
參考文獻 162
第6章 岩體多聲源的分類與機制 164 
6.1 破裂聲源分類 164 
6.1.1 破裂聲源基本類型 164 
6.1.2 不同破裂聲源的特征參數與波形差異 165 
6.1.3 破裂聲源的認知基本原則 167 
6.2 破裂聲源類型識別方法 167 
6.2.1 聲發射特征參數的判別方法 167 
6.2.2 P波初動的判別方法 169 
6.2.3 矩張量的判別方法 170 
6.3 微觀破裂類型與宏觀裂紋類型的關繫 171 
6.3.1 峰前破裂過程中的聲源類型分布特征與演化機制 171 
6.3.2 峰後裂紋擴展的聲源演化機制 175 
6.4 基於聲發射特征參數分類岩體破裂類型的不確定性 176 
6.4.1 試驗與數據處理 176 
6.4.2 同一試驗分析中的不確定性 178 
6.4.3 RA-AF的衰減規律 183 
6.4.4 衰減效應和計量誤差 186
參考文獻 187
第7章 不同加載環境下的岩體聲學頻譜分析 190 
7.1 岩體聲學頻譜特征參數 190 
7.1.1 頻譜主頻 190 
7.1.2 頻率質心 191 
7.2 試驗介紹 192 
7.2.1 試驗試樣準備 192 
7.2.2 聲發射監測設備 192 
7.2.3 試驗設計 193 
7.3 岩體單軸壓縮破裂過程聲學頻譜特征演化規律 195 
7.3.1 花崗岩單軸壓縮破裂過程中聲發射信號主頻演化規律 195 
7.3.2 紫砂岩單軸壓縮破裂過程中聲發射信號主頻演化規律 196 
7.3.3 花崗岩與紫砂岩單軸壓縮破裂過程中聲發射信號頻率質心演化特征 197 
7.4 岩體雙軸壓縮和膨脹加載破裂過程聲發射信號主頻的演化規律 198 
7.4.1 花崗岩雙軸壓縮破裂過程中聲發射信號主頻演化規律 198 
7.4.2 花崗岩膨脹加載破裂過程中聲發射信號主頻演化規律 199 
7.5 岩體雙軸壓縮和膨脹加載破裂過程聲發射信號頻率質心的演化規律 200 
7.5.1 花崗岩雙軸壓縮破裂過程中聲發射信號頻率質心演化規律 200 
7.5.2 花崗岩膨脹加載破裂過程中聲發射信號頻率質心演化特征 200 
7.6 聲發射波形頻譜分布特征 201 
7.6.1 單峰頻譜 202 
7.6.2 雙峰頻譜 202 
7.6.3 三峰頻譜 205 
7.6.4 四峰頻譜 207 
7.6.5 聲發射的功率譜與能量譜 208 
7.7岩體破裂過程聲發射波形頻譜演化規律 211
參考文獻 214
第8章 岩體破裂的尺度特征 216 
8.1 b值研究現狀 216 
8.2 b值計算方法 217 
8.2.1 最小二乘法 217 
8.2.2 優選似然估計法 217 
8.2.3 修正公式 218 
8.3 影響b值計算的因素分析 219 
8.3.1 擬合方法選擇 219 
8.3.2 震級間隔 219 
8.3.3 震級完整性 219 
8.3.4 樣本數的大小 222 
8.4 聲發射b值的蒙特卡洛模擬 223 
8.4.1 蒙特卡洛方法 223 
8.4.2 蒙特卡洛方法模擬結果分析 224 
8.4.3 室內花崗岩破裂試驗的聲發射b值分析驗證 227 
8.5 含水狀態花崗岩單軸壓縮條件下的b值特征 229 
8.5.1 含水狀態花崗岩破裂聲發射試驗 229 
8.5.2 b值的計算 231 
8.5.3 兩種狀態下花崗岩的b值演化規律 233 
8.6 花崗岩真三軸壓縮過程的聲發射b值特征 235 
8.6.1 花崗岩真三軸試驗 235 
8.6.2 岩體破裂過程中的b值變化特征 240 
8.7 本章結論 257
參考文獻 258
第9章 岩體滑移的摩擦特性 260 
9.1 岩體滑移與摩擦 260 
9.1.1 岩體滑移臨界條件 260 
9.1.2 摩擦力及摩擦繫數 261 
9.1.3 岩體摩擦滑移模式 261 
9.1.4 岩體摩擦滑移尺度 262 
9.2 岩體滑移摩擦定律與失穩判據 263 
9.2.1 岩體滑移摩擦定律 263 
9.2.2 岩體滑移失穩判據 264 
9.3 摩擦演化試驗研究方法 265 
9.3.1 室內試驗研究 265 
9.3.2 數值試驗研究 267 
9.4 應力與速率依賴的摩擦特性及其聲學特征 267 
9.4.1 基於ABAQUS的滑移模擬 268 
9.4.2 雙軸剪切滑移試驗 274 
9.5 岩體滑移摩擦特性的其他影響因素 282 
9.5.1 礦物成分 282 
9.5.2 表面形貌 283 
9.5.3 流體作用 283 
9.5.4 溫度變化 284
參考文獻 284
第10章 岩體聲學參數與應力狀態的關繫 289 
10.1 單軸壓縮試驗聲學參數與應力大小 289 
10.1.1 試驗條件 289 
10.1.2 聲發射振鈴計數 291 
10.1.3 聲發射幅值 292 
10.1.4 RA、AF值及平均頻率質心 293 
10.1.5 聲發射事件率及波速 295 
10.2 雙軸壓縮試驗聲學參數與應力大小 297 
10.2.1 試驗條件 297 
10.2.2 聲發射事件率 299 
10.2.3 聲發射幅值 301 
10.2.4 聲發射峰值頻率 302 
10.2.5 波速變化特征 303 
10.2.6 中間主應力對岩體破裂過程的影響 305 
10.3 應力方向辨識方法 307 
10.3.1 理論基礎 307 
10.3.2 實施過程建議 310
參考文獻 310
第11章 岩體波速場成像方法與試驗驗證 312 
11.1 岩體波速場成像方法概述 312 
11.2 層析成像 312 
11.2.1 層析成像概述 312 
11.2.2 射線追蹤技術 313 
11.2.3 有限差分法 316 
11.2.4 反演問題 321 
11.2.5 模型更新方法 323 
11.2.6 伴隨狀態層析成像 325 
11.3 全波形反演 327 
11.3.1 聲學波動方程 328 
11.3.2 時域建模 328 
11.3.3 頻域建模 330 
11.3.4 邊界處理 331 
11.3.5 目標函數及其梯度 334 
11.3.6 迭代優化方法 337 
11.4 試驗驗證 338 
11.4.1 模擬試驗 339 
11.4.2 室內試驗 342
參考文獻 350
第12章 岩體破裂聲源辨識的波形圖像機器學習應用 352 
12.1 概述 352 
12.2 岩體破裂階段分類及聲學特征分析 353 
12.2.1 岩體不同破裂階段的力學判斷依據 353 
12.2.2 岩體不同破裂階段的裂紋體積應變依據 355 
12.2.3 岩體不同破裂階段的裂紋聲學依據 356 
12.2.4 岩體不同破裂階段的聲學特征 357 
12.3 基於原始波形的岩體破裂波形特征辨識方法 360 
12.3.1 岩體破裂階段辨識模型理論 360 
12.3.2 岩體破裂波形圖像學機制應用案例 363 
12.4 基於波形參數的岩體破裂波形特征辨識方法 367 
12.4.1 岩體破裂臨界階段波形參數分析 367 
12.4.2 基於波形參數岩體破裂階段辨識模型理論 367 
12.4.3 岩體破裂階段波形參數辨識應用案例 370 
12.5 礦山開采中微震與爆破震源的波形圖像機器學習應用 371 
12.5.1 震奧鼎盛地聲智能感知與微震監測繫統 371 
12.5.2 基於機器學習算法的微震與爆破信號自動辨識 372 
12.5.3 非線性辨識機器學習模型建立 374 
12.5.4 信號辨識效果測試 375 
12.5.5 基於深度學習算法的微震與爆破信號自動辨識研究 375 
12.5.6 基於深度學習算法的采區多源信號辨識應用 377
參考文獻 380
第13章 岩體失穩的聲學前兆特征 383 
13.1 一次計算指標的前兆特征 383 
13.1.1 聲發射特征參數變化的一般規律 383 
13.1.2 事件數和能量的前兆特征 384 
13.1.3 主頻幅值的前兆特征 387 
13.2 二次計算指標的前兆特征 389 
13.2.1 能級頻次分布 390 
13.2.2 波形頻譜變化 395 
13.3 聲發射源類型的前兆特征 399 
13.3.1 破裂類型 399 
13.3.2 矩張量分量 400 
13.4 聲發射波速的前兆特征 402 
13.5 聲發射參量的花崗岩破裂失穩評價建議 402 
13.5.1 岩體破裂失穩的多指標評價體繫 403 
13.5.2 花崗岩失穩風險評價判據模型 403 
13.6 失穩階段裂紋穩定擴展和不穩定擴展狀態辨識 404 
13.6.1 數據集構建 404 
13.6.2 機器學習模型和特征重要性 406 
13.6.3 辨識性能評估 406
參考文獻 407
第14章 稀土礦邊坡區域相對波速場成像案例分析 410 
14.1 工程概況 410 
14.2 試驗區域基本情況 411 
14.3 稀土礦邊坡穩定性分析與岩體聲學試驗 412 
14.3.1 現場監測試驗準備 412 
14.3.2 數據采集 413 
14.4 稀土礦邊坡地震層析成像方法原理 415 
14.4.1 射線追蹤的正演模擬方法 416 
14.4.2 阻尼最小二乘QR分解算法 417 
14.4.3 稀土礦邊坡聲波層析成像步驟 418 
14.5 稀土礦邊坡三維成像結果與討論 419 
14.5.1 快速掃描法結合阻尼最小二乘QR分解算法三維成像結果 419 
14.5.2 最短路徑法結合阻尼最小二乘QR分解算法三維成像結果 423
參考文獻 427
第15章 鉛鋅礦震源定位與波速結構成像案例分析 428 
15.1 礦山開采現狀 428 
15.2 現場岩石聲學參數測試及結果分析 429 
15.2.1 岩石試樣制備 429 
15.2.2 試驗方法 429 
15.2.3 試驗測試結果 430 
15.3 現場地聲智能監測繫統構建與方案實施 434 
15.4 現場地聲震源定位結果分析 438 
15.4.1 爆破震源坐標情況 438 
15.4.2 爆破定位結果分析 439 
15.5 現場震源參數統計分析 440 
15.5.1 開采區域4月1日至7日地聲事件空間分布情況與震源參數統計分析 440 
15.5.2 開采區域6月13日至19日地聲事件空間分布情況與震源參數統計分析 442 
15.5.3 開采區域7月18日至24日地聲事件空間分布情況與震源參數統計分析 443 
15.6 現場地聲波速成像結果分析 444 
15.6.1 震奧鼎盛開采區域4月初爆破試驗成像結果分析 444 
15.6.2 震奧鼎盛開采區域6月成像結果與現場調研情況分析 445 
15.6.3 震奧鼎盛開采區域7月成像結果與現場調研情況分析 447
第16章 岩體多源聲學在地震學中的應用 450 
16.1 岩體多源聲學與地震學 450 
16.1.1 岩體破裂滑移與地震 450 
16.1.2 地震波與地震速度 451 
16.1.3 地震速度的影響因素 452 
16.2 與岩體多源聲學相關的地震學研究 454 
16.2.1 地震勘探與儲層預測 454 
16.2.2 震源機制反演 454 
16.2.3 地應力測量及地層壓力分析 455 
16.2.4 地震前兆及預警預報 456 
16.3 基於岩體多源聲學技術探索地震前兆 457 
16.3.1 實驗室地震中的聲學特征參數變化 457 
16.3.2 滑移平靜期的波速變化 460 
16.3.3 波速作為地震前兆的空間異質性 461
參考文獻 466

“向地球深部進軍是我們必須解決的戰略科技問題”。地球作為岩石行星，其地殼及上地幔頂部均由岩石構成，因此，探明岩體性質是攻克地球深部戰略科技難關的基礎，而岩體聲學特性為其提供了關鍵的突破口。迄今為止，地球上的諸多自然現像和人類活動中，均會釋放出大量與岩體聲學相關的信息，其中所蘊含著的岩體聲學特征與規律對人與自然安全和諧發展至關重要。《岩體多源聲學及應用》是一本專門介紹與研究岩體聲學的專著，是作者近年來在岩體聲學領域的研究成果的繫統總結。《岩體多源聲學及應用》內容教學與科研並重，理論與實踐並存，突出全面性、前沿性、理論性、實用性，涵蓋了岩體聲波的產生機理、傳播特性、波速測量、多聲源定位、多聲源辨識、多聲源成像、岩體失穩聲學前兆特征、摩擦特性等科學內容，還附有大量試驗數據和工程現場應用實例。