[发明专利]一种非接触式岩石力学单轴试验观测系统及方法

说明书

本发明涉及岩土力学试验技术领域，具体为一种非接触式岩石力学单轴试验观测系统及方法，包括试样加载模块、图像采集模块和图像分析模块；试样加载模块用于给岩石试件加载；图像采集模块用于通过多个相机对加载过程中的岩石试件进行实时、多角度图像采集，并通过调节图像采集机构使岩石试件能全部出现在相机的视角内；图像分析模块用于将实时采集到的多个二维图像转换为三维立体实时变形图像，以对岩石试件进行实时变形分析。该方案采用非接触式测量方法捕捉岩石变形，通过将二维图像转换成三维实时变形图像进行分析采用可视化方式并结合图像分析方法，能更准确地测量岩石试件的变形，实现对岩石的完整应力—应变曲线的研究。

技术领域

本发明涉及岩土力学试验技术领域，具体涉及一种非接触式岩石力学单轴试验观测系统及方法。

背景技术

近年来数字图像方法(DIC)技术在岩土力学相关试验研究中已经有了较多的应用，早期的数字图像相关技术是二维的(2D-DIC)，即采用一台相机对目标物体进行图像采集，然后通过计算得到被测物体表面的变形信息。它无法确定目标物体表面上点的三维空间位置。

目前常见的测量岩石变形的方法是利用引伸计、应变仪这些接触式方法测量，利用引伸计、应变仪这些接触式测量不仅会对试件表面造成影响且安装步骤繁琐。随着试验的进行，岩石内部分初始裂纹开始闭合，随着试验的进行，新的裂纹开始萌发、发展最后贯通造成岩石试件的破坏。这时引伸计、应变仪已经不能准确的测量试件的变形，为了打破了引伸计、应变仪等传统变形测量方法的局限性，对岩石全场变形、局部变形过程等进行分析，3D-DIC系统与岩石试验机的组合研究尤为必要。

发明内容

本发明提供了一种非接触式岩石力学单轴试验观测系统及方法，解决了以上所述针对引伸计、应变仪进行常规的局部应变测量难以完全捕捉岩样峰后区域的应变，尤其是在岩样裂纹逐渐扩展时的技术问题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种非接触式岩石力学单轴试验观测系统，包括试样加载模块、图像采集模块和图像分析模块；

所述试样加载模块用于给岩石试件加载；

所述图像采集模块用于通过多个相机对加载过程中的岩石试件进行实时、多角度图像采集，并通过调节图像采集机构使岩石试件能全部出现在相机的视角内；

所述图像分析模块用于将采集的多个同步图像进行分析，具体包括，将实时采集到的多个二维图像转换为三维立体实时变形图像，对微距模式下的图像进行实时局部变形分析，以对岩石试件进行实时变形分析。

可选的，所述试样加载模块包括试样加载机构，所述试样加载机构包括骨架，所述骨架包括底座、位于底座两侧的侧挡板和上方的横梁，所述底座顶部设有电液动伸缩机构，所述电液动伸缩机构的伸缩杆顶在平台底部，所述平台底部设有与电液动伸缩机构的伸缩杆相匹配的定位孔，所述平台顶部设有垫块，所述垫块顶部设有岩石试件承台，所述岩石试件承台顶部放置岩石试件，所述岩石试件顶部也放置有岩石试件承台，且岩石试件顶部的岩石试件承台与上方挤压柱的底部正对，所述挤压柱顶部通过连接座固定在横梁底部。

可选的，所述图像采集模块包括图像采集机构，所述图像采集机构包括圆环承台一，所述圆环承台一底部设有脚架，所述脚架放置在平台顶部，所述圆环承台一通过转接机构一连接圆环承台二，所述圆环承台二内环侧安装有去噪光源，圆环承台二内部可移动螺栓滑槽内安装有可移动螺栓，可移动螺栓顶部连接圆环承台二上方的转接机构二，所述转接机构二顶部放置有相机；所述圆环承台一与圆环承台二均呈水平布置，互相平行，岩石试件位于圆环承台一与圆环承台二的中心轴线上。

可选的，所述相机共9个，相邻三个相机为一组，三组相机呈360度环绕布置在圆环承台二的圆周上；且每组相邻三个所述相机分别为两个广角模式和一个微距模式，微距模式的相机布置在两个广角模式的相机之间；所述去噪光源为LED高低角度机器视觉光源。