巖石單軸壓縮破壞過程的CT試驗(yàn)研究.pdf

1、一直以來，巖石的破壞過程，作為巖石力學(xué)研究的基本內(nèi)容，受到了巖石力學(xué)研究學(xué)者和工程技術(shù)人員的普遍關(guān)注，這也從根本上促進(jìn)了巖石力學(xué)學(xué)科的不斷發(fā)展。但是，無論是全應(yīng)力一應(yīng)變曲線對巖石破壞過程的描述，還是基于損傷理論的各種損傷變量，以及建立在格里菲斯(Griffith)能量平衡理論基礎(chǔ)上的斷裂力學(xué)，對巖石破裂的細(xì)觀過程和基本機(jī)理，都沒有給出一種為大家所公認(rèn)的解釋。
　　 本文正是為了探究巖石破裂過程中，其內(nèi)部微細(xì)觀破裂的發(fā)展和演化過程

2、，而展開的一系列試驗(yàn)性研究工作。主要是利用自主設(shè)計研制的微型單軸煤巖試驗(yàn)機(jī)，配合我校顯微CT實(shí)驗(yàn)室的μCT225KVFCB型高精度顯微CT系統(tǒng)，對煤巖試件在單軸壓縮載荷作用下的變形破壞過程進(jìn)行了實(shí)時的監(jiān)測，并借助試驗(yàn)獲得大量顯微CT圖像，分析巖石變形破壞的細(xì)觀過程和內(nèi)部破裂演化的基本規(guī)律。
　　 文章首先介紹了CT技術(shù)的基本原理和μCT225KVFCB型高精度顯微CT系統(tǒng)，交代了自主設(shè)計研制的微型單軸煤巖試驗(yàn)機(jī)的工作原理和基本結(jié)

3、構(gòu)，以及與顯微CT系統(tǒng)的配合使用方法。
　　 之后，作者又進(jìn)行了一系列煤、砂巖和水泥砂漿試件的單軸壓縮試驗(yàn)，分析研究了不同巖土材料的破壞過程和破壞規(guī)律。并利用顯微CT系統(tǒng)對煤樣、水泥砂漿試件的單軸壓縮試驗(yàn)進(jìn)行了全程的實(shí)時監(jiān)測，從細(xì)觀層次上分析研究了試驗(yàn)過程中煤樣、水泥砂漿試件的變形破壞過程和基本規(guī)律。
　　 主要針對顯微CT系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測煤巖單軸壓縮破壞過程中，因位移的誤差會引起掃描試樣的定位不準(zhǔn)確，影響試驗(yàn)結(jié)果的這一問題

4、，創(chuàng)造性地引入了計算機(jī)圖像檢索技術(shù)，并且具體提出了針對CT圖像的圖像檢索計算方法。結(jié)果表明，基于Manhattan距離的CT圖像相似性檢索算法，能夠在煤巖試件單軸壓縮試驗(yàn)的眾多CT圖像中，檢索出煤巖試件同一層位在不同應(yīng)力狀態(tài)下的CT圖像，檢索的結(jié)果真實(shí)可靠。在此基礎(chǔ)上，作者還編制了基于Vasiual Basic6.0語言的計算機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)了圖像檢索計算過程的自動化。
　　 這種圖像檢索的概念，為CT圖像的處理提供了新思路，也為借

5、助CT圖像系統(tǒng)地分析研究煤巖試件單軸壓縮過程中的微裂紋分布狀況和演化規(guī)律，提供了可靠的技術(shù)支持。
　　 利用課題組開發(fā)的CT圖像處理程序，重構(gòu)建立了水泥砂漿試件單軸壓縮試驗(yàn)過程中的剖面CT圖像。對這些剖面CT圖像，進(jìn)行了有針對性的分析，更加清晰地反映了試件在單軸壓縮破壞過程中的細(xì)微觀變化規(guī)律。
　　 提出了基于CT圖像的破裂度概念，即CT圖像中孔隙像素點(diǎn)所占的百分比。從基于CT圖像的破裂度概念出發(fā)，統(tǒng)計分析了水泥砂漿試件

6、在單軸壓縮過程中的破裂度變化規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn)，水泥砂漿試件單軸壓縮破壞過程中的內(nèi)部破裂結(jié)構(gòu)，大量產(chǎn)生于試驗(yàn)過程中的屈服變形階段，宏觀破裂在進(jìn)入殘余變形階段之前已經(jīng)基本形成。
　　 經(jīng)過對大量CT圖像的分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)背景CT閾值μ在0.025～0.035范圍時，便能夠很好地分辨出水泥砂漿試件CT圖像中的破裂孔隙單元和實(shí)體單元。通過選定的CT閾值，對試驗(yàn)中的CT圖像進(jìn)行了二值化處理，并借助二值化的CT圖像，探討了水泥砂漿試件在單軸壓縮破