[发明专利]一种基于三维数字散斑的岩体细观裂隙测试方法

说明书

本发明涉及岩体形变测量技术领域，尤其涉及一种基于三维数字散斑的岩体细观裂隙测试方法。根据拟研究对象的工作面地质条件，搭建散体物理模型；在模型表面制作散斑点，将数码摄像装置的拍摄方向与模型保持垂直；数码摄像装置采集不同推进距离下的模型图像，并利用图像处理装置对图像进行处理，获取不同推进距离下不同测线位置的位移量、应变值，实现细观裂隙的定位、裂隙张开度和裂隙发育长度的确定。本发明的岩体细观裂隙测试方法，可定量描述上覆岩层细观裂隙的产生及其发育，该方法既能有效地检测细观裂隙，又能达到较高的测量精度，将岩石变形可视化为细观尺度，为岩体破坏规律和岩层发育规律等的研究提供有效的技术和数据支持。

技术领域

本发明涉及岩体形变测量技术领域，尤其涉及一种基于三维数字散斑的岩体细观裂隙测试方法。

背景技术

采动岩体裂隙网络的发生发展规律和定量描述是当今矿山岩体力学的基本也是难题之一。相似模型试验能够很好的在实验室再现采场岩体裂隙的形成过程和分布状态，由于其测试周期短、结果可靠、试验结果直观等优点被广泛用于采矿工程相关技术问题。

三维数字散斑技术是一种基于非接触式图像的光学方法，首先使用数字成像设备获取不同负载下对象的数字图像，然后使用基于相关性匹配算法进行图像分析以定量提取结构体全场位移和应变响应，用于全场位移和变形的测量。它已成为岩土、地质、土木等领域结构体变形测量的热点，该方法具有非接触性、实时动态测量、分辨率高等优点。国内在相似材料模型位移测量上已有应用，如对大型砌体墙断裂的全场应变测量实现了表面应变和裂纹的宏观观察；进行标准试件的单轴压缩试验中裂隙网络的分布研究；研究不同推进度下上覆岩层位移和地表沉降等。但对于相似材料模型试验中岩体细观裂隙的检测鲜有提及。

对于相似材料模型在模拟推进过程中裂隙发育和破裂形态信息的提取和量化，目前主要是在开采过程中利用数码相机采集裂隙演化图，进行手工素描或图像二值化等数字图像处理技术进行描述和表达；但是二值化方法会对图像的分析处理产生影响，有时可能会丢失部分图像细节，对于细观结构形态信息的提取容易产生偏差。其他的处理方法，如利用面扫描系统获取模型表面的点云数据，进而提取模型破裂边界，获得裂隙发育信息；将相似模型表面的三维点云数据栅格化生成合成图像，根据点云与像素的映射关系获得裂隙发育信息；基于视觉测量并结合标志点定位提取模型裂隙发育信息等，这些方法检测效率低、观测成本高、对不易识别的细小裂隙提取状况不佳。综上，当前用于相似材料模型岩体细观裂隙检测的方法缺乏。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种基于三维数字散斑的岩体细观裂隙测试方法，通过在相似材料模型表面制作优质散斑场并优化子区大小和子区间距，实现很好的观测岩体细观裂隙的目的。

本发明采用以下技术方案：

一种基于三维数字散斑的岩体细观裂隙测试方法，包括以下步骤：

(1)根据拟研究对象的工作面地质条件，搭建散体物理模型，模拟回采工作面上覆岩层中裂隙的发育过程，设定开挖步距、采高、开挖次数和推进距离；

(2)在模型表面喷洒墨水制作散斑点，将三维数字散斑测试装置的拍摄方向与散体物理模型保持垂直，设定数字散斑的子区大小和子区间距；

(3)随着开挖过程的进行，三维数字散斑测试装置采集不同推进距离下的模型图像，并对图像进行处理；

(4)用三维数字散斑分析软件进行分析，获取不同推进距离下不同测线位置的位移量、应变值，实现细观裂隙的定位、裂隙张开度和裂隙发育长度的确定。

进一步的，散体物理模型以河沙为骨料、石膏和滑石粉为胶结料搭建而成的相似材料模型，在模型表面喷洒墨水形成散斑点；三维数字散斑测试装置包括数码摄像装置和图像处理装置，数码摄像装置的拍摄方向与相似材料模型垂直，图像处理装置与数码摄像装置通信连接，用于处理分析图像。

进一步的，散体物理模型上散斑点的密度为40-50％，散斑点的直径大小为2-4mm。