[发明专利]对包含结构面的非连续体进行变形量测的方法及应用

说明书

本发明涉及对包含结构面的非连续体进行变形量测的方法，方法步骤如下：(1)对给定的含有结构面的非连续体，对其拍照并输入有限元软件中，分别对非连续体的不同结构面单独生成三角形单元，并输出对应的节点文件和单元文件；(2)生成内点；(3)求解内点位移；(4)求解三角块体顶点变形函数；(5)对顶点位移换算得到物理位移；(6)对位移进行可视化操作。本发明的方法能专门针对非连续体的变形测量，更好的反映非连续体的位移情况，从而使该方法能够更好的应用于含有节理或裂纹面的岩石试样的变形量测方面。

技术领域

本发明属于非连续体变形处理技术领域，尤其涉及对包含结构面的非连续体进行变形量测的方法及其应用。

背景技术

岩石是由一种或多种矿物组成的固态集合体，作为地质作用的产物，往往具有非均质性、各向异性和非连续性的特点。其中，非连续性表现在岩石中具有不规则的结构面。此外，岩石的破坏本质上也是一种从连续到非连续的过程，岩石内部的微结构面逐渐增长、串联，逐渐变为宏观显著的裂纹面，最终使岩石发生破坏。为更深入理解岩石的变形破坏机理，需要对岩石的非连续变形及力学特性进行定量的分析。

数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)最先由日本的I Yamaguchi和美国南卡罗来纳大学的Peters等科研人员分别独立提出。不同的文献给这个方法做了不同的名称，例如：数字散斑相关方法(digital speckle correlation method，DSCM)、纹理的相关性(texture correlation)、计算机辅助散斑干涉法(computer-aided speckleinterferometry，CASI)、电子散斑摄像(electronic speckle Photography，ESP)。20世纪初针对DIC，主要是基础性的研究，21世纪后，随着数码相机等数字图像采集设备的大量使用和计算机硬件性能的大幅提高，DIC作为一种基于计算机视觉技术的图像处理方法，凭借其具有全场和局部变形测量、非接触测量、对场地无特殊需求等优点，得到了迅速发展。

自DIC提出以来，国内外不少学者在此做了大量的研究。国际上，Konagi等使用激光辅助层析照相技术(LAT)分析了浸没在同样折射率液体中的碎玻璃颗粒的运动图像和全场变形；White等结合粒子图像测速(PVI)和DIC提出了一种测试土壤变形非接触测量的新方法；Gutberlet等通过PVI识别了被动土压力下的两种土壤剪切带的形成；Houda等通过DIC分析了软土地基中桩在竖向循环荷载作用下的沉降机理。如果测试对象是曲面，或者测试对象在加载后发生了三维变形，则二维的DIC方法不再适用，P.F.Luo等提出一种使用两个CCD相机获得对象表面位移的3D-DIC。在国内，芮嘉白等为提高DIC的处理速度和测量精度，提出了一种新的改进的数字散斑相关方法(十字搜索法)，由于散斑分布的随机性，该方法存在误判的可能。

对于非连续体，如图1，假设非连续体Ω存在一个非连续面τ，定义Ω₁处非连续面为τ⁺，Ω₂处非连续面为τ-，当使用数字图像相关法(DIC)进行变形分析时，对于非连续面处的像素点，将同时包含两个子块体(Ω₁和Ω₂)的变形信息，两个子块体的位移往往不同，使得DIC分析的非连续面的位移无法反映真实的情况，因此，针对这些问题，提供一种扩展DIC在求解非连续体变形方面的能力，能够对含有节理的岩体、含有裂纹面的试样等的变形进行变形量测的方法，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种扩展DIC在求解非连续体变形方面的能力，能够对含有节理的岩体、含有裂纹面的试样等的变形进行变形量测的方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

对包含结构面的非连续体进行变形量测的方法，所述方法步骤如下：

(1)生成有限元网格