[发明专利]利用高速摄影机和DIC技术非接触检测实时高温岩体传播系数装置

说明书

本发明公开了利用高速摄影机和DIC技术非接触检测实时高温岩体传播系数装置，利用高速摄影机和DIC技术通过测量端部位移和速度两个参数计算得到实时高温下岩体传播系数的实验装置。本装置可以通过高速摄影机直接观察到岩体在应力波作用下的位移。利用数字图像相关技术，对高速摄影机拍摄得到的影像资料进行处理，得到岩石杆端部在应力波作用下所产生的准确位移和速度。本装置共分为四部分：发射装置、加热装置、图像采集装置、数据处理装置。本发明利用DIC软件通过处理高速摄影机拍摄图像就可对受冲击作用下岩石杆端部的位移进行测量，克服了高温下无法在岩石表面粘贴应变片的问题，有效测量25～800℃范围内岩石的传播系数，并极大的提高了计算精度。

技术领域

本发明涉及一种用于研究应力波在实时高温岩体内传播特性的实验装置，属于岩体力学实验技术领域

背景技术

天然岩体内部存在许多微缺陷，当应力波通过含有微裂隙的岩体时会发生衰减和弥散，表现出粘弹性的性质，前人对此进行过很多研究。而高温状态下岩体的裂隙会不断发生扩展，劣化岩体力学性质。随着我国深部地下工程的不断发展，尤其是地热能开采、核废料存储等工程的周围岩体往往处于高温状态，更容易受到地震、爆破等振动的影响，因此了解应力波在实时高温岩体内的传播情况对工程安全具有重要作用。

目前研究应力波在岩体内的传播情况往往是采用一维波传播理论，采用一个长径比大于25的圆柱形岩石杆，通过中间粘贴应变片所采集到的波形得到岩石材料的传播系数。这种方法所采用的应变片和粘合剂在高温下不能正常工作，无法测量实时高温下岩体的传播系数。随着高速摄影机和数字图像相关技术(DIC)的发展，使非接触测量应力波在岩体中的传播成为可能。在研究应力波在岩体内的传播规律时为了防止拉伸脉冲破坏岩石试样，冲击所产生的所产生的应变很小(0至10×10^-5)，而目前DIC软件所能测得的最小应变约为5×10^-5，相对误差为50％，因此通过DIC测量应力波所造成的岩石应变误差较大。而应力波在岩石杆自由端反射时端部位移大于0.1mm，端部速度大于1m/s，通过搭载微距镜头的高速摄影机可以直接观察到岩体在应力波作用下的所产生的位移，利用DIC软件进一步提高位移计算精度，最终计算高温岩体的传播系数。本发明涉及了一种利用高速摄影机和DIC技术非接触检测实时高温岩体传播系数装置，具有可视化的优点，可以通过影像数据直接观察岩体在应力波作用下的所产生的位移，通过DIC软件分析得到高温岩体端部的位移和速度，通过计算最终得到实时高温岩体的传播系数。

发明内容

本发明提供一种利用高速摄影机和DIC技术通过测量端部位移和速度两个参数计算得到实时高温下岩体传播系数的实验装置。本装置可以通过高速摄影机直接观察到岩体在应力波作用下的位移，为分析应力波在岩体内的传播提供依据。利用数字图像相关(DIC)技术，对高速摄影机拍摄得到的影像资料进行处理，得到岩石杆端部在应力波作用下所产生的准确位移和速度。