[发明专利]一种岩石压缩破坏预测方法

摘要

本发明属于岩石破坏预测领域，涉及一种岩石压缩破坏预测方法，该方法需要的设备包括万能试验机、万能试验控制系统、CCD工业相机和电脑，先调试CCD工业相机和万能试验机，将砂岩试样置于万能试验机的正中间位置，并将砂岩试样上喷有散斑的一面朝向CCD工业相机，先拍摄一幅bmp格式图像作为变形前的原始参考图像存储至电脑，作为初始对比图像备用，再采集万能试验机压缩砂岩试样过程的图像，并将采集到的图像作为变形后的序列目标图像，最后利用数字图像相关方法，对原始图像和步变形后的目标图像进行对比分析，得到变化后的图像相对于变化前的图像的位移和应变信息，该方法设计构思巧妙，操作简单，测量结果准确，应用环境友好，市场前景广阔。

主权项

一种岩石压缩破坏预测方法，其特征在于：该方法在岩石压缩破坏预测装置中实现的，该装置的主体结构包括：万能试验机、万能试验控制系统、CCD工业相机和电脑，万能试验机用以压缩砂岩试样，万能试验控制系统与万能试验机连接，用以控制万能试验机的启动和停止，所述万能试验机的前方置有CCD工业相机，用以对万能试验机在压缩砂岩试样过程进行图像采集，所述CCD工业相机与电脑相连，用以保存采集的图像，利用该岩石压缩破坏预测装置进行岩石压缩破坏预测的方法按照如下步骤进行：S1、选择砂岩试样的尺寸为直径50mm，高100mm的圆柱体，将砂岩试样的前表面喷黑色哑光漆作为散斑，散斑用以作为对比变形前后的重要信息，所述散斑均匀随机分布；S2、调试CCD工业相机和万能试验机，将砂岩试样置于万能试验机的正中间位置，并将砂岩试样上喷有散斑的一面朝向CCD工业相机，将万能试验机的加载速度调至0.1Mpa/s，采集速度2幅/s，光源采用普通白光，根据成像亮暗程度进行光源亮度增减，以使光源达到符合要求的亮度；S3、按照步骤2所述方式调整好位置后，利用CCD工业相机拍摄一幅bmp格式图像作为变形前的原始参考图像存储至电脑，作为初始对比图像备用；S4、启动万能试验机和CCD工业相机，利用CCD工业相机采集万能试验机压缩砂岩试样过程的图像，并将采集到的图像作为变形后的序列目标图像；上述过程持续至砂岩试样压缩破坏后，关闭万能试验机和CCD工业相机，结束图像采集；S5、从步骤4中将采集到的图像挑选出10‑15幅备用，图像选择以临近破坏时间段为主；S6、利用数字图像相关方法，对步骤3采集得到的原始图像和步骤5筛选的变形后的目标图像进行对比分析，得到变化后的图像相对于变化前的图像的位移和应变信息，其中，数字图像相关方法的原理是：利用对比变形前后两幅图片的灰度信息，寻找到与变形前相关性最大的区域作为变形后的子区，从而计算得出变形后的位移和应变信息，具体相关性计算公式如下：C(u,v)=Σx=-MMΣy=-MM[f(x,y)-fm][g(x+u,y+v)-gm]Σx=-MMΣy=-MM[f(x,y)-fm]2Σx=-MMΣy=-MM[g(x+u,y+v)-gm]2---(1)]]>其中:f(x,y)和g(x+u,y+v)分别表示图像各个像素点的灰度值；fm和gm是其图像子区的平均灰度值；u、v是子区中心的位移，单位为像素；S7、由步骤6得到全场的应变信息，从全场的应变信息中选取多个典型的点作为研究对象，例如典型点选取为前期破坏点A、中期破坏点B、末期破坏点C和全程未破坏点D来作为对比点，分别作出四个点的应变值随时间的变化曲线，得到四个点在压缩过程中的应变变化，从而获得砂岩破坏时的应变值大小，作出应变‑时间关系；S8、根据作出应变‑时间曲线，分析得到砂岩式样的破坏应变阈值，发现在发生破坏时都会有应变值得突变，取突变前的应变值作为破坏阈值的判断，实现砂岩破坏预测。