[发明专利]一种岩石单轴抗压强度预测系统与方法

权利要求书

1.一种岩石单轴抗压强度预测系统，其特征是：包括点荷载强度测试模块、纵波波速测试模块、岩石回弹值测试模块和强度预测模块，其中：

所述纵波波速测试模块用于对岩石进行纵波波速测试，并将岩石纵波波速传递给强度预测模块；

所述岩石回弹测试模块用于对岩石进行回弹测试，并将岩石回弹值传递给强度预测模块；

所述点荷载强度测试模块包括点荷载试验机、岩石破裂面采集模块和岩石破裂面面积计算模块，所述点荷载试验机对岩石进行点荷载试验，并将点荷载应力和岩石变形量数据传输给强度预测模块，所述岩石破裂面采集模块对点荷载试验加载破坏后岩石破裂面进行图像采集，所述岩石破裂面面积计算模块对图像采集结果进行处理，计算岩石破裂面面积；所述点荷载试验机包括弹性件，所述弹性件设置于支撑柱或支撑横梁二上，所述弹性件包括弹性绳和弹性网兜，所述弹性绳的一端设置于支撑柱或支撑横梁上，另一端连接弹性网兜，所述弹性网兜内部用于容纳岩石；

所述强度预测模块被配置为根据接收到的信息，以及预先训练好的神经网络模型，输出岩石的单轴抗压强度预测结果；

所述岩石破裂面采集模块包括立柱、平台、相机、平板、第一橡胶块和第二橡胶块，所述平台上垂直设置有至少四个立柱，所述平板的端部设置有螺纹孔，四个立柱分别穿过所述平板的端部，所述立柱至少底部具有所述螺纹孔相适配的螺纹，平台上设置有第一橡胶块，平板下端设置有第二橡胶块，所述第二橡胶块和第一橡胶块的设置位置相对，平台上端设置有相机。

2.如权利要求1所述的一种岩石单轴抗压强度预测系统，其特征是：所述点荷载试验机包括基座、上锥形压头、弹性件、支撑横梁、支撑柱、千斤顶和下锥形压头，其中，基座上设置有两个垂直于基座的支撑柱，两个支撑柱之间设置有支撑横梁一和支撑横梁二，所述支撑横梁二上固定有下锥形压头，基座上设置有千斤顶，所述千斤顶能够带动支撑横梁一和上锥形压头上下移动，所述上锥形压头和下锥形压头相对设置，所述弹性件能够将岩石活动固定于上锥形压头和下锥形压头之间。

3.如权利要求1所述的一种岩石单轴抗压强度预测系统，其特征是：所述点荷载试验机还包括位移计和压力传感器，所述压力传感器检测上锥形压头或下锥形压头的压力，所述位移计固定于支撑柱上，能够采集岩石的变形量。

4.如权利要求1所述的一种岩石单轴抗压强度预测系统，其特征是：所述平台上垂直设置有四个立柱，所述平板的四个端部均设置有螺纹孔，每个立柱分别穿过所述平板对应的螺纹孔，所述立柱至少底部具有所述螺纹孔相适配的螺纹。

5.如权利要求1所述的一种岩石单轴抗压强度预测系统，其特征是：所述纵波波速测试模块，包括波速测量仪、台座、弹簧、螺丝柱、垫块和换能器，所述换能器位于岩石两侧；所述换能器与波速测量仪相连，所述台座的两端向内设置有相对的螺栓，所述螺栓上套设有弹簧，弹簧前端设置有垫块，每个垫块与相对应的换能器抵接，所述螺栓上设置有能够沿螺栓移动以挤压弹簧的螺母。

6.基于权利要求1-5中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

利用纵波波速测试仪对岩石进行纵波波速测试；

利用回弹仪对岩石进行回探测试；

观察岩石形状，预选出岩石加载点，将岩石放入弹性兜，固定在上锥形压头下部，压裂岩石；

利用岩石破裂面面积和岩石破坏载荷计算点荷载强度；

根据岩石破裂面预测岩石岩性，利用岩石点荷载强度、纵波波速和回弹值预测岩石强度，输出预测结果。

7.如权利要求6所述的工作方法，其特征是：在破裂的岩石旁边放置标定块，对破坏岩石进行姿态调整，调整破裂面至与载物台平面平行，对破坏岩石截面进行拍照；利用区域生长算法计算出岩石破裂面所占像素数，利用区域生长算法计算出标定块所占像素数，在标定块面积已知情况下，利用岩石破裂面所占像素数与标定块所占像素数的比值可以求得岩石破裂面面积。

8.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：利用区域生长算法计算出标定块所占像素数的具体过程包括：

(1)对拍摄图像的RGB值分别进行列和处理，形成行向量，基于岩石和背景板在颜色上的差异，提取左右边界；

(2)对拍摄图像的RGB值分别进行行和处理，形成列向量，基于岩石和背景板在颜色上的差异，提取上下边界，形成岩石区域框；

(3)对图片进行灰度化；

(4)将岩石区域矩形框内的所有像素点的灰度值进行平均，形成筛选阈值；

(5)对岩石区域框内的所有元素点的灰度值进行判断，如果灰度值大于筛选阈值，则判断为石英种子点，形成初步的石英区域生长种子；

(6)依次弹出石英区域生长种子点并判断种子点周围8邻域的关系，如果8邻域像素与种子像素的灰度值之差的绝对值小于某个阈值T，则该点可以作为下次生长的种子点；

(7)重复步骤(6)直到岩石区域框内的每个点都有归属时，生长结束，种子点数即为岩石破裂面像素数。