[發明專利]基于圖像處理技術的巖體裂隙及飛石運動分析系統及方法

有效

• 申請號: 202110495648.0
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113188975B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 王少鋒;尹江江;楊雅蘭;周子龍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N21/84;G06T5/00;G06T7/11;G06T7/13;G06T7/136;G06T7/246;G06T7/73
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業

本發明公開了一種基于圖像處理技術的巖體裂隙及飛石運動分析系統，包括裂隙及周邊環境監測裝置、計算機處理系統和數據反應系統，周邊環境監測裝置連接計算機處理系統，計算機處理系統連接數據反應系統；裂隙及周邊環境監測裝置用于監測，并將監測數據發送到計算機處理系統中；計算機處理系統進行數據處理，獲得巖體裂隙發育規律，以及巖體裂隙發育完全發生破碎后飛石運動規律，并發送到數據反應系統；數據反應系統產生預警動作。本發明還公開了一種基于圖像處理技術的巖體裂隙及飛石運動分析系統的方法。本發明從而在裂隙發育未完全，有巖爆、地表塌陷等事故危險情況下，能夠準確高效地預警，有利于保障儀器設備、人員安全，促進工程建設的順利正常進行。

技術領域

本發明屬于巖土工程領域，具體涉及一種基于圖像處理技術的巖體裂隙及飛石運動分析系統及方法。

背景技術

近年來，隨著建筑工程、水利水電工程、地下工程等國家基礎設施的不斷發展，產生了大量的邊坡、隧道、礦山工程項目；眾多深部開采的金屬礦山、大型水利工程的建設都涉及到巖土領域的安全問題，開展建設項目時，常出現巖體垮塌、滑坡、飛石等地質事故，對安全生產及社會效益造成了巨大的不利影響。自然界中存在的巖石，具有較多的天然損傷，是一種典型的非連續介質，巖體內結構相當復雜，體現在晶面、空隙、片理、層理、節理、斷層等非連續性形式。在工程建設過程中，巖體接受多種異向載荷作用，內部的微裂隙開始發育，起裂、擴展、貫通，最后發生破壞，例如山體滑坡、地層涌水、突泥、頂板垮塌、瓦斯突出等，都與巖體裂隙發育有著直接關系。當進行深部開采時，巖體具有非常高的構造應力，甚至會發生突發式巖體破壞，即巖爆。當巖層發生巖爆現象時，伴隨產生的巨大聲波及氣浪，將破碎的巖塊拋出，可能造成飛石傷人事故，同時砸壞機器設備。因此，監測巖體工程項目中巖石裂紋萌發、擴展及破壞具有重大的應用意義。

為監測在工程開發、資源開采過程中巖體裂隙發育巖體破壞后產生的飛石運動規律，減少巖體地質破壞事故，國內外開展了諸多研究：常見的巖體微細觀分析方法有斷口形貌掃描儀、熱紅外輻射、聲發射、電磁輻射法、CT掃描等。斷口形貌掃描儀利用各種顯微鏡如光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡，將其應用于巖石斷面、裂紋擴展分析，清華大學、中國礦業大學與日本島津制作社研發的SEM加載試驗系統，可實現在各種溫度、載荷下對試樣表面的損傷演化情況；熱紅外輻射利用巖石破裂時產生的紅外輻射，研究其能量耗散過程中輻射的各種波段的遙感前兆；電磁輻射法主要利用壓電效應，對巖體破裂失穩過程中電磁輻射產生機理、特征、規律以及傳播特性進行分析，常用于突出、沖擊地亞事故的預報中；聲發射是常用的巖石損傷分析技術，其利用巖石受載時，巖體內部微裂紋產生、擴展以及裂紋面間的摩擦產生的次聲波、聲波、超聲波，進而分析聲波的振幅和頻率等參數，反映出巖石裂紋的數量、大小、位置等；CT掃描技術采用X射線對巖石進行斷面掃描，根據掃描分辨單元，結合三維重構法，可以判斷與重現出巖體內部結構圖像，從而無損地檢測出巖石內部裂隙變化情況。上述技術可在一定程度可反映和解決巖石裂紋發育規律問題，但仍有待進一步的研究發展，例如斷口形貌掃描儀、電測輻射法、CT掃描等技術多應用于實驗室研究，對于工程建設現場巖體檢測缺乏指導性，同時對巖石破碎后產生飛石運動規律的研究較少；聲發射及熱紅外輻射對儀器要求高，在較為復雜地下空間或環境條件使用時精度往往不高，在實際監測時也非常依賴操作者對儀器的操控能力及熟練程度。

現有技術中的巖體裂隙發育及破碎飛石運動規律分析方法如：

CN111879858A公開了一種基于聲發射震源主頻唯一性的巖石破壞預測方法，包括標準巖石試件的制備，聲發射震源定位，聲發射震源類型辨識，不同類型震源對應的聲發射主頻的計算與巖石破壞預測方法。本發明解決了目前基于聲發射主頻特征的巖石破壞預測方法，存在聲發射主頻帶寬，聲發射主頻特征不顯著的缺陷。