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一種巖石橫向變形精確測(cè)量的方法

文檔序號(hào):6251775閱讀:802來(lái)源:國(guó)知局
一種巖石橫向變形精確測(cè)量的方法
【專利摘要】一種巖石橫向變形精確測(cè)量的方法,在圓柱形巖石試樣上畫(huà)出四等分垂直分割線,利用單軸實(shí)驗(yàn)儀、高清攝像機(jī)進(jìn)行試驗(yàn),將攝像機(jī)拍攝的影像導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中處理,在AutoCAD中得到精確數(shù)據(jù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,可行性強(qiáng),一次測(cè)量可記錄試樣橫向變形的整個(gè)過(guò)程, 得到更多更精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):能夠得到任意時(shí)刻,任意高度的位移圖,得到精確測(cè)橫向變形量,進(jìn)而更加精確地計(jì)算試樣的泊松比;可以計(jì)算整個(gè)式樣的體積變形量,得到精確體應(yīng)變;計(jì)算結(jié)果可以知道具體的變形破壞位置以及局部壓縮或者膨脹。
【專利說(shuō)明】-種巖石橫向變形精確測(cè)量的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種測(cè)量方法,具體設(shè)及一種巖石橫向變形精確測(cè)量的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在巖石力學(xué)中,單軸實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)最基本的實(shí)驗(yàn),測(cè)量試件的橫向變形是研究試件 力學(xué)特性很重要的一環(huán)。通過(guò)對(duì)巖體的橫向變形測(cè)量可W確定巖體的泊松比,對(duì)巖體的體 積應(yīng)變進(jìn)行精確計(jì)算W及表征巖體損傷。
[0003] 現(xiàn)有巖石橫向變形的測(cè)量方法主要有兩類:一類是點(diǎn)式,即選取巖石柱體相對(duì)的 兩條高的中點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn),用百分表或者千分表直接觀察記錄數(shù)據(jù),用此代表巖柱體的橫 向變形。另一類是環(huán)式,即選取巖石柱體中間圓周測(cè)量變化量,用W代表巖柱體的橫向變 形。該兩種方法的不足之處均在于只能單一反應(yīng)巖柱體側(cè)面某一點(diǎn)或者是某一圓周上的橫 向變形量,我們知道巖柱受壓所產(chǎn)生的橫向變形并不是呈單一的線性,因此上述兩種方法 在實(shí)際操作中均存在較大誤差。并對(duì)進(jìn)一步得到巖體基本物理參數(shù),如泊松比、體應(yīng)變等存 在更大誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的是提供一種能夠反應(yīng)巖石橫向整體變形 情況,測(cè)量精度高、誤差小的巖石橫向變形精確測(cè)量的方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是該樣實(shí)現(xiàn)的;一種巖石橫向變形精確測(cè)量的方法,包括W下步 驟:
[0006] 1)試樣處理;在待測(cè)的圓柱形試樣側(cè)面畫(huà)出四等分垂直分割線,并將畫(huà)好四等分 垂直分割線的試樣安置在單軸試驗(yàn)儀上;
[0007] 2)攝像機(jī)架設(shè);兩臺(tái)高清攝像機(jī)分別正對(duì)相鄰的兩條垂直分割線支放,調(diào)整高清 攝像機(jī)與試樣的距離,使圖像最為清晰,且兩臺(tái)攝像機(jī)與試樣距離要求相等,在鏡頭中找到 固定參照點(diǎn);
[000引 3)攝像機(jī)拍攝;開(kāi)啟單軸實(shí)驗(yàn)儀器,并同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行拍攝,待實(shí)驗(yàn)結(jié) 束停止攝像機(jī)拍攝;
[0009] 4)數(shù)據(jù)處理;將所述兩臺(tái)高清攝像機(jī)中拍攝的影像導(dǎo)入計(jì)算機(jī),選取3個(gè)間隔為 30秒的時(shí)刻對(duì)兩臺(tái)攝像機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行截圖,并插入到AutoCAD中,并按時(shí)間先后將3個(gè) 時(shí)刻記為1、2、3 ;在CAD中把3個(gè)時(shí)刻的圖像外部輪廓線描出,并縮放成與試樣實(shí)際尺寸相 等的大??;
[0010] 使用AutoCAD中的工具測(cè)量3個(gè)時(shí)刻左右兩側(cè)面輪廓線和原始側(cè)線所圍成的面 積,分別計(jì)算左右兩側(cè)的等效橫向變形相加得到試樣的橫向變形,3個(gè)時(shí)刻的軸向高度減 去原始高度得到軸向變形,算出泊松比,并于單點(diǎn)測(cè)量進(jìn)行比較;將3個(gè)時(shí)刻圖形的面積測(cè) 出,計(jì)算出圖形的等效寬度,即為試樣的等效直徑,將兩臺(tái)攝像機(jī)的圖像取平均值,得到試 樣的平均直徑和平均高度,計(jì)算出試樣的體積W及體應(yīng)變。
[0011] 所述的高清攝像機(jī)每一臺(tái)均都配有可調(diào)節(jié)的支架,每臺(tái)攝像機(jī)的帖數(shù)應(yīng)大于每秒 20帖。
[0012] 所述兩臺(tái)高清攝像機(jī)架設(shè)相同的高度,即鏡頭焦點(diǎn)與試樣垂直方向中點(diǎn)平行,W 使試樣更為完整的呈現(xiàn)在鏡頭中,減小視覺(jué)誤差,提高測(cè)量精度。
[0013] 同時(shí),應(yīng)使攝像機(jī)的鏡頭與試樣所組成的兩條視線夾角為90°。
[0014] 所述兩臺(tái)高清攝像機(jī)拍攝的影像導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中處理,使用Corel VideoStudio選 取不同時(shí)刻截圖,然后將圖片放入AutoCAD中處理,得到精確數(shù)據(jù)。
[0015] 本發(fā)明提供的巖石橫向變形精確測(cè)量的方法,具有W下有益效果:
[0016] 1、本發(fā)明采用的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,省時(shí)省力,可行性強(qiáng),適用于單軸壓縮 實(shí)驗(yàn)中巖石試樣的橫向變形精確測(cè)量。
[0017] 2、利用本發(fā)明進(jìn)行巖石試樣橫向變形測(cè)量時(shí),一個(gè)人即可完成工作,且一次測(cè)量 可記錄試樣橫向變形的整個(gè)過(guò)程,得到更多更精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0018] 3、通過(guò)本發(fā)明,能夠得到任意時(shí)刻,任意高度的位移圖,有效地彌補(bǔ)了原有方法只 能測(cè)量某點(diǎn)或者某一圓周的不足,可W-次性地測(cè)量?jī)蓷l側(cè)面輪廓線的變化,可W觀察到 邊界側(cè)線不止向外擴(kuò)張還有凹陷過(guò)程進(jìn)而得到橫向變形精確值。
[0019] 4、利用得到的變形數(shù)據(jù)能夠更加精確地計(jì)算試樣任意時(shí)刻的泊松比,與原有方法 存在巨大差異,原有方法是在體積不變的前提下計(jì)算泊松比,此方法可W計(jì)算得到精確體 膨脹量,進(jìn)而可W判定張拉裂隙是使泊松比大于0. 5的原因,在實(shí)驗(yàn)之前標(biāo)志可能的張拉 和擠壓部位可W得到詳細(xì)的數(shù)據(jù)。
[0020] 5、計(jì)算整個(gè)式樣的體積變形量,得到精確體應(yīng)變。
[0021] 6、計(jì)算結(jié)果可W知道具體變形破壞位置W及局部壓縮或者膨脹。
[0022] 7、使攝像機(jī)的鏡頭與試樣所組成的兩條視線夾角為90°,使攝像機(jī)中試樣的側(cè)線 即為相對(duì)的兩條垂直分割線,好處是用四條等分垂直分割線的變形代表整個(gè)側(cè)面的變形, 更具代表性,提高測(cè)量精度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024] 圖1是本發(fā)明的設(shè)備布置示意圖。
[0025] 圖2是本發(fā)明的設(shè)備布置俯視圖。
[0026] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中點(diǎn)式和環(huán)式兩種傳統(tǒng)測(cè)量方法的示意圖。
[0027] 圖4是攝像機(jī)拍攝輪廓線示意圖。
[0028] 圖5 - 8為測(cè)量實(shí)例中邊界側(cè)線變化示意圖;其中圖5中分別為新方法1號(hào)機(jī)左 側(cè)及傳統(tǒng)方法左側(cè)邊界側(cè)線變化示意圖;圖6中分別為新方法1號(hào)機(jī)右側(cè)及傳統(tǒng)方法右側(cè) 邊界側(cè)線變化示意圖;圖7中分別為新方法2號(hào)機(jī)左側(cè)及傳統(tǒng)方法左側(cè)邊界側(cè)線變化示意 圖;圖8中分別為新方法2號(hào)機(jī)右側(cè)及傳統(tǒng)方法右側(cè)邊界側(cè)線變化示意圖。
[0029] 圖中,1、巖石試樣,21為一號(hào)高清攝像機(jī),22為二號(hào)高清攝像機(jī),3、四等分垂直分 割線;圖2的I代表一號(hào)高清攝像機(jī)所拍攝到的垂直分割線;II代表二號(hào)高清攝像機(jī)所拍 攝到的垂直分割線。

【具體實(shí)施方式】 [0030] 實(shí)施例;
[0031] 一種巖石橫向變形精確測(cè)量的方法,包括W下步驟:
[0032] 1)試樣處理;在待測(cè)的圓柱形試樣側(cè)面畫(huà)出四等分垂直分割線,并將畫(huà)好四等 分垂直分割線的試樣安置在單軸試驗(yàn)儀上;在四等分垂直分割線時(shí)用與試樣顏色對(duì)比鮮 明的標(biāo)記筆畫(huà)出,W便于攝像機(jī)拍攝;本例中的圓柱形試樣直徑48. 7mm,高95. 9mm,體積 178544. 381mm3.
[0033] 2)攝像機(jī)架設(shè);兩臺(tái)高清攝像機(jī)分別正對(duì)相鄰的兩條垂直分割線支放,調(diào)整高清 攝像機(jī)與試樣的距離,使圖像最為清晰,且兩臺(tái)攝像機(jī)與試樣距離要求相等,在鏡頭中找到 固定參照點(diǎn);高清攝像機(jī)每一臺(tái)均都配有可調(diào)節(jié)的支架,每臺(tái)攝像機(jī)的帖數(shù)應(yīng)大于每秒20 帖;
[0034] 3)攝像機(jī)拍攝;開(kāi)啟單軸實(shí)驗(yàn)儀器,并同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行拍攝,待實(shí)驗(yàn)結(jié) 束停止攝像機(jī)拍攝;拍攝時(shí)在合適位置布置打光,使圖像效果更好,兩臺(tái)高清攝像機(jī)的擺放 位置和高度一旦確定,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能再改變;
[0035] 4)數(shù)據(jù)處理;即利用所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算試樣的橫向變形、泊松比W及體應(yīng)變,并與原 有單點(diǎn)測(cè)量方法進(jìn)行對(duì)比;
[0036] 具體如下;將所述兩臺(tái)高清攝像機(jī)中拍攝的影像導(dǎo)入計(jì)算機(jī),本例中選用的攝像 機(jī)帖數(shù)為每秒25帖,即精度為40ms ;選取3個(gè)間隔為30秒的時(shí)刻對(duì)兩臺(tái)攝像機(jī)拍攝的圖 像進(jìn)行截圖,并插入到AutoCAD中,并按時(shí)間先后將3個(gè)時(shí)刻記為1、2、3 ;在AutoCAD中把3 個(gè)時(shí)刻的圖像外部輪廓線描出,并縮放成與試樣實(shí)際尺寸相等的大小;
[0037] 使用AutoCAD中的工具測(cè)量3個(gè)時(shí)刻左右兩側(cè)面輪廓線和原始側(cè)線所圍成的面 積,分別計(jì)算左右兩側(cè)的等效橫向變形相加得到試樣的橫向變形,3個(gè)時(shí)刻的軸向高度減 去原始高度得到軸向變形,算出泊松比,并于單點(diǎn)測(cè)量進(jìn)行比較;將3個(gè)時(shí)刻圖形的面積測(cè) 出,計(jì)算出圖形的等效寬度,即為試樣的等效直徑,將兩臺(tái)攝像機(jī)的圖像取平均值,得到試 樣的平均直徑和平均高度,計(jì)算出試樣的體積W及體應(yīng)變。
[003引計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)下表:
[0039] 表1任意3個(gè)時(shí)刻CAD中所得數(shù)據(jù)
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種巖石橫向變形精確測(cè)量的方法,其特征在于:包括以下步驟: 1) 試樣處理:在待測(cè)的圓柱形試樣側(cè)面畫(huà)出四等分垂直分割線,即等分側(cè)面的四條母 線,并將畫(huà)好四等分垂直分割線的試樣安置在單軸試驗(yàn)儀上; 2) 攝像機(jī)架設(shè):兩臺(tái)高清攝像機(jī)分別正對(duì)相鄰的兩條垂直分割線支放,調(diào)整高清攝像 機(jī)與試樣的距離,使圖像最為清晰,且兩臺(tái)攝像機(jī)與試樣距離要求相等,在鏡頭中找到固定 參照點(diǎn); 3) 攝像機(jī)拍攝:開(kāi)啟單軸實(shí)驗(yàn)儀器,并同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行拍攝,待實(shí)驗(yàn)結(jié)束停止 攝像機(jī)拍攝; 4) 數(shù)據(jù)處理:將所述兩臺(tái)高清攝像機(jī)中拍攝的影像導(dǎo)入計(jì)算機(jī),選取3個(gè)間隔為30秒 的時(shí)刻對(duì)兩臺(tái)攝像機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行截圖,并插入到AutoCAD中,并按時(shí)間先后將3個(gè)時(shí)刻 記為1、2、3 ;在CAD中把3個(gè)時(shí)刻的圖像外部輪廓線描出,并縮放成與試樣實(shí)際尺寸相等的 大??; 使用AutoCAD中的工具測(cè)量3個(gè)時(shí)刻左右兩側(cè)面輪廓線和原始側(cè)線所圍成的面積,分 別計(jì)算左右兩側(cè)的等效橫向變形相加得到試樣的橫向變形,3個(gè)時(shí)刻的軸向高度減去原始 高度得到軸向變形,算出泊松比,并于單點(diǎn)測(cè)量進(jìn)行比較;將3個(gè)時(shí)刻圖形的面積測(cè)出,計(jì) 算出圖形的等效寬度,即為試樣的等效直徑,將兩臺(tái)攝像機(jī)的圖像取平均值,得到試樣的平 均直徑和平均高度,計(jì)算出試樣的體積以及體應(yīng)變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石橫向變形精確測(cè)量的方法,其特征在于:所述的高清攝 像機(jī)每一臺(tái)均都配有可調(diào)節(jié)的支架,每臺(tái)攝像機(jī)的幀數(shù)應(yīng)大于每秒20幀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石橫向變形精確測(cè)量的方法,其特征在于:所述兩臺(tái)高清 攝像機(jī)架設(shè)相同的高度,即鏡頭焦點(diǎn)與試樣垂直方向中點(diǎn)平行,以使試樣更為完整的呈現(xiàn) 在鏡頭中,減小視覺(jué)誤差,提高測(cè)量精度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石橫向變形精確測(cè)量的方法,其特征在于:攝像機(jī)的鏡頭 與試樣所組成的兩條視線夾角為90°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石橫向變形精確測(cè)量的方法,其特征在于:所述兩臺(tái) 高清攝像機(jī)拍攝的影像導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中處理,使用Corel VideoStudio選取不同時(shí)刻截圖,然 后將圖片放入AutoCAD中處理,得到精確數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK104501730SQ201410735475
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】劉杰, 苑騰飛, 李建林, 顏溧洲, 于振民 申請(qǐng)人:三峽大學(xué)
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