[发明专利]获得砂岩冻融作用下宏细观损伤演化规律的方法

说明书

本发明公开了一种获得砂岩冻融作用下宏细观损伤演化规律的方法，对砂岩试件进行二维纵向断层CT扫描及单轴压缩试验，获得多组CT扫描图像及砂岩试件的宏观物理参数；获得二值化处理后的CT图像；对每组二值化处理后的CT图像进行唯象理论分析及三维重构，获得所述砂岩试件的二维孔隙结构演化图及三维数字岩心；获得所述砂岩试件的细观结构参数；根据所述砂岩试件的二维孔隙结构演化图及三维数字岩心获得砂岩试件的宏细观损伤演化规律；获得冻融损伤演化曲线；根据所述砂岩试件的宏细观损伤演化规律和冻融损伤演化曲线，确定样品采取区域内冻融环境下岩石承载或支护结构的寿命预测及材料稳定程度。

技术领域

本发明属于冻融岩石技术领域，具体涉及一种获得砂岩冻融作用下宏细观损伤演化规律的方法。

背景技术

近年来我国寒区工程建设受岩石冻融诱发的次生灾害影响严重，如已完工巷道围岩受冻胀作用开裂进而诱发支护结构失稳。相较于长期冻结和季节性冻结，昼夜冻融循环作用对于岩石的强度影响更为显著，实现岩石冻融作用下物理力学性质劣化规律的研究是指导寒区工程灾害防治的核心工作。

冻融环境作用下，岩石内部孔隙水反复冻结和融化产生巨大的冻胀力会作用于内部孔隙结构内表面，使原生孔隙进一步扩展、连通，并出现次生独立孔隙，最终导致岩石结构原承载作用失效，引发工程冻害。细观孔隙结构的演化是诱发宏观表象上岩石结构破坏的关键，因此，研究砂岩物理力学性质劣化和孔隙结构演化之间的联系，从细观层面预测寒区岩石物理力学性质劣化程度，对寒区工程灾害防治具有重要意义和应用价值。

目前，针对寒区工程问题学者、科研人员们进行了较为系统的研究，如张君岳^[1]对饱水红砂岩试样进行冻融循环试验及不同冻融次数下的单轴压缩试验，分析了冻融过程对岩石物理力性质的影响规律。张慧梅等^[2]通过弹性模量从宏观上定义了冻融损伤，并实现了冻融损伤与荷载损伤的耦合计算。宋勇军^[3]对不同温度下的砂岩进行单轴加载实时CT扫描，基于CT数H值与密度的正比关系，定量研究了冻结岩石损伤破坏演化规律；

但现有研究仍存在以下问题：

1.研究多集中在试验层面上对已经发生的劣化行为进行定性、定量描述，缺乏岩石孔隙结构的演化致灾机理，不明确在冻融循环作用下细观结构的演化规律。实际上，在冻融环境下岩石孔隙结构的演化行为是影响其性质劣化的关键；

2.细观层面上的研究，对冻融岩石孔隙结构的生长发育缺乏相应获取的和表征的方法，在对CT图像进行处理和提取参数时，处理方法在效率和准确性上有待提高；

3.根据细观参数得到的损伤变量难以与宏观建立联系，没有实现宏细观结合的方法，无法从细观尺度上对岩石力学性质作出预测。

无法准确了解岩石细观结构的演化，不明确细观损伤与岩石物理力学性质的依存关系，极大限制了预测砂岩等岩石材料承载能力失效的研究进展，寒区工程灾害防治难以进行。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种获得砂岩冻融作用下宏细观损伤演化规律的方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种获得砂岩冻融作用下宏细观损伤演化规律的方法，该方法为：

对砂岩试件进行二维纵向断层CT扫描及单轴压缩试验，获得多组CT扫描图像及砂岩试件的宏观物理参数；

对每组所述CT扫描图像进行预处理，获得二值化处理后的CT图像；

对每组二值化处理后的CT图像进行唯象理论分析及三维重构，获得所述砂岩试件的二维孔隙结构演化图及三维数字岩心；

对每组二值化处理后的CT图像进行统计学分析，获得所述砂岩试件的细观结构参数；