基于CT图像砂岩峰后损伤特征研究

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本文根据峰后砂岩CT试验,对峰后砂岩在不同围压下进行加载,通过CT图像研究峰后砂岩的损伤特征。目前CT技术为研究峰后岩石的损伤提供了十分有效的技术手段,但是现有的CT图像分析并没有充分地利用峰后岩石的CT图像资料。文中基于峰后砂岩CT图像的数字图像处理技术,对峰后砂岩的CT图像进行图像降噪,图像伪彩色增强,及边缘检测等处理,得到了峰后砂岩内部损伤的清晰图像,且分析了峰后砂岩内部损伤裂隙的分布特征。本文在一些专家学者研究的基础上,对峰后砂岩试验后的力学参数进行了分析,以损伤力学与细观力学为理论依据,建立了峰后砂岩损伤理想数学模型,对其损伤进行定义,通过CT图像计算求得峰后砂岩的CT数与方差,由CT数的定义推导出了岩石峰后损伤变量与CT数之间的关系,求得峰后砂岩在不同轴压下的损伤变量,发现从开始加压到荷载达到极限前,试件的体积都是减小的,这样使得峰后砂岩的平均密度实际上在增大,这样扫描图像的平均CT数也就增大了,这其实会抵消由于微裂隙的出现所引起CT数减小的事实,其损伤也不是很大,不过在峰值以后由于试件破坏严重,裂隙变宽,导致峰后砂岩的体积增加,密度变小,使得扫描图像的平均CT数也就开始变小,相对于初始扫描图像的平均CT数减小的幅度很大,损伤度却增大了,这充分说明在峰值以后的试件已完全破裂,失去支撑能力,能够定量的研究其损伤程度及损伤演化过程。文中最后以分形理论及分形模型为理论基础,获得了峰后砂岩裂隙的分形维数,并根据获得的相关分形维数来描述峰后砂岩裂隙的分布情况,根据自定义的峰后岩石损伤建立了与分形维数的关系,用分形维数来定量的描述峰后砂岩的损伤,发现随着荷载的增大,峰后砂岩裂隙分布分维数F越来越大,这是因为随着荷载的加大,砂岩内部逐渐有新裂隙产生并且原裂隙也在变大,使得统计的区域内裂隙数量越来越多的缘故。揭示了峰后砂岩裂隙分布具有分形分布特征及其损伤演化规律,补充了谢和平在岩石峰后的研究。
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