[發(fā)明專利]一種進行巖石試件含水均勻性檢測和擴散系數(shù)計算的方法

有效

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• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107782640B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設計）人: 劉洪磊;李如飛;朱萬成;李帥;劉溪鴿;牛雷雷;魏晨慧;吉東亮
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N21/84
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明屬于巖石滲流力學領域，涉及一種基于數(shù)字圖像進行巖石試件含水均勻性檢測和擴散系數(shù)計算的方法，包括：(1)采集目標巖石區(qū)域的巖石樣本，制備浸泡試驗所需的巖石試件和紅色墨水溶液；(2)獲取濕度擴散過程中試樣表面色差的圖像；(3)識別和提取巖石樣本的顏色灰度值；(4)計算巖石橫截面像素灰度值的方差；(5)巖石橫截面像素灰度值與所選擇的巖石含水率進行回歸分析；(6)利用濕度擴散試驗中擴散位置數(shù)據(jù)建立適合該巖石濕度擴散的數(shù)值模型，反演擴散系數(shù)。通過本發(fā)明的巖石試件含水均勻性檢測方法，編制適合該巖石樣本含水分布圖像的像素識別程序，為所選計算圖像灰度值方差提供準確的輸入?yún)?shù)，從而提高含水均勻性預測精度。

技術領域

本發(fā)明屬于巖石滲流力學領域，涉及一種基于數(shù)字圖像進行巖石試件含水均勻性檢測和擴散系數(shù)計算的方法。

技術背景

在采礦工程的眾多危險因素中，突水無疑是最主要的因素之一。突水存在嚴重影響工程進度，增加工程成本，甚至造成設備損壞及人員傷亡等災難性后果。確定開采過程中的突水隱患成為企業(yè)安全開采的首要任務，因此研究巖層中的含水量分布情況及檢測巖石含水均勻性等，對于評價地下開挖空間的穩(wěn)定性和設計地下巖石工程的永久支護有著重要的理論意義。

盡管人們已經(jīng)認識到巖石含水均勻性檢測的重要性，但是在進行濕度擴散試驗時需要量化巖石試樣含水分布狀態(tài)，精確判斷巖石含水分布是否均勻，試驗技術難度較大，相關的研究較少。在巖石試件含水均勻性數(shù)字圖像表征方面，目前還鮮有文獻報道，更沒有相關的試驗裝置和試驗方法。

而巖石試樣的實驗室濕度擴散試驗受到研究者的高度重視，20世紀初，國外學者K.J.Sakata(1983年)、S.F.Wong(2001年)、S.Bahador(2007年)、和N.Jafarifar(2014年)等人研究混凝土濕度擴散影響因素；國內(nèi)學者王永寶、王寧等利用有限元軟件對混凝土濕度場進行數(shù)值模擬，給出不同位置的相對濕度與時間的變化規(guī)律；張君、蔣正武等利用混凝土濕度擴散試驗數(shù)據(jù)，計算濕度擴散系數(shù)。黃達海等測量飽和混凝土向非飽和空氣介質(zhì)傳濕過程，研究在同一濕度條件下碾壓混凝土與常態(tài)混凝土擴散系數(shù)的差異。但是，目前的工作僅限于通過測量干燥巖石試樣與含水巖石試樣的重量來計算宏觀含水率參數(shù)，例如陳鋼林在制作不同飽水度巖石試件時，把飽水狀態(tài)的試件加熱，讓水分散失到所需要的飽水度后再浸水，如此反復進行多次，以期達到一個較均勻分布的設定的含水狀態(tài)，最后用天平稱出其重量。周輝將巖石試樣烘干或飽水后放置于特殊的恒濕器中，采用逐步吸濕或去濕方法增加或減小試樣重量，進而制備不同含水率的巖石試樣。趙紅鶴采用真空抽氣法，通過控制抽氣壓力和抽氣時間實現(xiàn)不同含水率巖樣的快速制備。以上方法無法描述水在巖石試件內(nèi)的分布狀態(tài)，不能精確判斷巖石含水率，可能造成實際巖石強度、彈性模量以及泊松比等力學指標估算誤差。因此，對于巖石試樣內(nèi)部含水分布狀態(tài)，需要利用科學合理的方法進行定量描述，水在巖石試樣中分布位置和相應含量的定量化還有待進一步加強，而這些參數(shù)又是求解濕度擴散系數(shù)所需要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有實驗室研究水對巖石力學特性的影響主要是通過浸泡試驗計算侵入巖石中水的質(zhì)量，這種方法無法描述水在巖石試件內(nèi)的分布狀態(tài)的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)字圖像進行巖石試件含水均勻性檢測和擴散系數(shù)計算的方法，可以在室內(nèi)檢測巖石試件含水均勻性及計算擴散系數(shù)。

本發(fā)明的技術方案是：

一種基于數(shù)字圖像進行巖石試件含水均勻性檢測和擴散系數(shù)計算的方法，包括：

(1)采集目標巖石區(qū)域的巖石樣本，制備浸泡試驗所需的巖石試件和紅色墨水溶液；

(2)獲取濕度擴散過程中試樣表面色差的圖像；

(3)識別和提取巖石樣本的顏色灰度值；

(4)計算巖石橫截面像素灰度值的方差；

(5)巖石橫截面像素灰度值與所選擇的巖石含水率進行回歸分析；