[发明专利]基于数字图像的地应力/历史应力测量方法

说明书

本发明的目的在于提供基于数字图像的地应力/历史应力测量方法和系统，对待测长方体岩样进行两次加载，过程中实时采集标准长方体岩样表面的图像；计算图像中各像素点在每个时刻下的位移值；将两次加载中所有像素点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，最相关像素点的灰度差，并作所有最相关像素点的灰度差～时刻散点图，设置滑动窗口遍历散点图；采用线性函数拟合落在滑动窗口内的散点，通过斜率拟合系数k的突变情况判断地应力/历史应力。本发明首次利用数字图像实现历史应力/地应力的测量，结合岩石试样的位移数据做灰度差‑时刻曲线，并引入了统计学判断突变点，提高了判断地应力/历史应力点的准确率。

技术领域

本发明涉及基于数字图像的历史应力/地应力测量方法和系统。

背景技术

地应力是指由于岩石自重和地质作用挤压形成的岩石内部的初始应力。这种地应力是造成地下洞室、隧洞、矿洞巷道等工程塌方破坏的根本作用力。因为这些洞室开挖后，失去了支撑，地应力会挤压岩石向洞内变形。对于隧洞变形破坏，岩石参数和隧洞参数是内因，那么地应力就是外因。地应力非常复杂，是随着地理位置和埋设不同而变化的。因此，测量出该地区的地应力数据，对于该地区的地下工程隧洞的设计、施工、运行安全的分析计算等十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供基于面应变数字图像的历史应力/地应力测量方法和系统。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

基于数字图像的地应力/历史应力测量方法，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特别地，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。

作为本发明的进一步改进，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。可增强采集图片的清晰度和减少前后图片对比的现场误差。

作为本发明的进一步改进，所述S2中，采集标准长方体岩样表面的RGB图像。

作为本发明的进一步改进，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。

进一步的，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；