[发明专利]一种岩石遇水强度软化的光谱学测量方法及系统

说明书

本申请涉及利用近红外光来测试或分析材料技术领域，提供了一种岩石遇水强度软化的光谱学测量方法及系统，该方法包括：对制备的砂岩试样进行室内近红外光谱采集和单轴抗压强度实验，获得不同含水量岩石试样的近红外光谱数据和单轴抗压强度数据；分析岩石强度与近红外光谱特征谱段的峰高、峰面积之间的相关性，建立岩石强度与近红外光谱学特征间的关系；对得到的近红外光谱数据进行建模样本筛选和数据增强，利用长短期记忆全卷积网络建立岩石遇水强度的预测模型。如此，从光谱学角度，建立软岩遇水软化机理的直接解释方法，提供一种非破坏性的检测岩石强度方法，能够实现无损、实时、100%覆盖，可用于现场岩石遇水强度的测量。

技术领域

本申请涉及利用近红外光来测试或分析材料技术领域，特别涉及一种岩石遇水强度软化的光谱学测量方法及系统。

背景技术

软岩遇水强度软化是软岩工程实践中普遍存在的现象。水对岩石的影响和作用程度受到岩石饱和度的直接影响，岩石中是矿物与水接触时会发生一系列的力学、物理和化学作用，使岩石力学性能发生变化，岩石强度下降。土木工程灾变在多数情况下都是由水岩相互作用引起的，例如隧道渗漏、煤矿深部软岩大变形等。此外，在石质文物和遗址保护领域，水是诱发文物遗址中洞窟围岩产生各种病害的关键因素之一，岩石中水的含量大小和分布形式会对古代文物遗址造成不同程度的损伤，严重影响了文物的外观及其寿命。

软化强度评估一直是难点问题。目前，软化机理的研究手段，如x射线衍射、电镜扫描、压贡实验，只能间接解释强度软化原因，无法建立直接关系；另一方面，岩石遇水后的强度测量，大多采用现场取样，破坏岩石原状，且只能得到特定采样点处的强度，无法无损、实时、100%覆盖的得到强度的空间和时间上的分布规律。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种岩石遇水强度软化的光谱学测量方法及系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种岩石遇水强度软化的光谱学测量方法，该方法包括：

分别获取不同含水量岩石试样的近红外光谱数据和单轴抗压强度数据；

分别对所述单轴抗压强度数据与所述近红外光谱数中各吸收峰的峰高，以及，所述单轴抗压强度数据与所述近红外光谱数中各吸收峰的峰面积依次进行非线性回归和拟合，确定岩石强度与近红外光谱特征的关系；

根据所述岩石强度与所述近红外光谱特征的关系，对所述近红外光谱数据进行提取，得到岩石遇水强度预测模型的训练数据集；

根据所述训练数据集，对所述岩石遇水强度预测模型进行训练，得到训练完成的所述岩石遇水强度预测模型，以基于训练完成的所述岩石遇水强度预测模型对不同含水量岩石的强度进行预测。

优选地，所述分别获取不同含水量岩石试样的近红外光谱数据和单轴抗压强度数据，具体为：

对制备的岩石试样进行室内近红外光谱采集和单轴抗压强度实验，得到不同含水量的所述岩石试样的原始近红外光谱和不同含水量的所述岩石试样的单轴抗压强度数据；

采用多点平滑、一阶导数和标准变量变换相结合的方法对不同含水量的所述岩石试样的原始近红外光谱进行预处理，得到不同含水量的所述岩石试样的近红外光谱数据。

优选地，所述分别对所述单轴抗压强度数据与所述近红外光谱数中各吸收峰的峰高，以及，所述单轴抗压强度数据与所述近红外光谱数中各吸收峰的峰面积依次进行非线性回归和拟合，确定岩石强度与所述近红外光谱特征的关系，具体为：

以所述近红外光谱数中各吸收峰对应的波长为中心，确定多个所述近红外光谱的特征谱段；

提取所述多个所述近红外光谱的特征谱段的峰高和峰面积；