[发明专利]基于数字图像的地应力/历史应力测量方法

权利要求书

1.基于数字图像的地应力/历史应力测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1利用室内加载仪器对标准长方体岩样施加一个先期应力作为历史应力，或从实际地下工程中获取一个地应力待测量的标准长方体岩样；

对标准长方体岩样进行室内两次加载，两次加载均为匀速线性加载，加载速率、最大力值和加载的时间长度T相同，T_x时刻下加载应力=加载速率*时刻T_x，x=[1，2，…，N]；

S2将图像采集频率设置为应力数据采集的频率，在两次加载过程中实时采集标准长方体岩样表面的图像；

其中，所述采集的图像为标准长方体岩样任一平行于荷载方向的表面的实时图像；

S3计算图像中各像素点在每个时刻下的位移值，N个时刻下共N个位移值；

S4将两次加载中所有像素点在N个时刻下的位移数据转化为灰度数据，然后计算两次加载在相同时刻下，最相关像素点灰度数据的差值，得到灰度差，并作所有最相关像素点的灰度差~时刻散点图；

S5在每个灰度差~时刻散点图，设置长为H的滑动窗口遍历散点图，滑动窗口移动步长为H/4；采用线性函数拟合落在滑动窗口内的散点并得到斜率拟合系数k；

S6当某一时刻t下，超过50%的拟合系数k出现突变，则确定t+[H/2]时刻的力，对应地应力正应力分量或历史应力正应力分量；

S7对于地应力，基于S2~S6的方法采集六个不同方向的标准长方体岩样的实时图像，获取六个不同方向的正应力分量，计算得到三维地应力张量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采集图片时，利用光源对标准长方体岩样的待拍摄面进行照射。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中，采集标准长方体岩样表面的RGB图像。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3中，通过搜索每个加载时刻下图像最相关的像素点，并通过最相关像素点的位置变化，计算得到最相关像素点在每个加载时刻下的实时位移值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S3中，像素点位移计算的方式如下：

选取第一幅图中的一个监测点a，以其为中心点构建正方形像素块A；

在第二幅图中选取监测点a等坐标处的像素点作为中心点，构建正方形像素块作为搜索范围，在搜索范围内任选一点，以其为中心点构建与正方形像素块A等尺寸的正方形像素块B；

计算像素块A和B的归一化互相关系数；

对搜索范围内所有像素点均按上述步骤计算出相关系数，从中找出最大相关系数对应的像素点作为点a在第二幅图中的对应点b，基于a、b点的坐标计算a的位移。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述搜索范围的边长根据荷载变化确定；荷载越大，搜素范围越大。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4中，将位移数据转化为灰度数据的方式为：将位移数据映射至[0，255]数值范围内。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5中，线性函数形式为：y=kx+m；其中k，m为拟合系数。