一種測量巖石區域形變的方法
【專利摘要】一種測量巖石區域形變的方法，該方法包括以下步驟：1）制成薄膜紙；2）將塑料薄膜面緊貼于需測量巖樣的表面并與需測量巖樣形成一體；3）在鐵架臺上層放置攝像機，在鐵架臺下層固定需測量巖樣，拍下巖石變形前紙上的網格或點的分布情況圖；4）使巖樣受力產生形變，用攝像機拍下巖石變形后紙上的網格或點的分布情況圖；5）用圖形處理軟件處理步驟3）和步驟4）得到的巖石變形前、后紙上的網格或點的分布情況圖，通過網格或點的位置變化的測量，完成對巖石區域形變的測量。本發明提供的一種測量巖石區域形變的方法，可以解決需要昂貴儀器、技術要求高，且操作復雜的問題，操作方法簡單易行、精度高、實驗器材簡單、經濟，適用范圍廣泛。
【專利說明】—種測量巖石區域形變的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量巖石形變的方法，尤其是一種測量巖石區域形變的方法。
【背景技術】
[0002]巖石變形的鑒定和測量對科研和現實應用的越來越重要，于是產生了許多的測量方法，現有的方法主要有兩種:
[0003]1、實時數字全息法測量
[0004]該方法應用激光實時數字全息干涉法的基本原理，設計構建了實時數字全息測量有機玻璃板橫向受壓形變過程的試驗測量系統，連續動態捕獲了有機玻璃板在橫向受壓過程中的實時數字全息干涉條紋圖的視頻文件，用MATLAB編程處理得到動態的還原物體的視頻文件，通過數字圖像處理干涉條紋圖，用最小二乘法對干涉條紋圖解包裹得到了有機玻璃板橫向受壓過程中的相位變化情況。最后對試驗所得的結果進行分析，得到有機玻璃板在橫向受力過程中的應力場變化情況，預測了巖石受力下的裂變過程，完成了對巖石裂變過程的模擬。一李星宇；《實時數字全息法測量物體微小形變》[D];昆明理工大學；2009 年。
[0005]2、基于鉆孔截面變形方法(CBDM)
[0006]一種基于鉆孔技術來監測巖石應力變化的鉆孔截面變形法(CB-DM)，該方法可以用來測量垂直于鉆孔軸線的巖體的二維應力狀態變化。一《基于鉆孔截面變形方法(CBDM)測量巖石應力變化》國際地震動態；2011年第I期。
[0007]另外，中國專利201220410403公開了一種巖石體積變形測量傳感器，包括測量油缸、活塞、活塞桿和位移傳感器；活塞位于測量油缸內，將測量油缸分為第一腔室和第二腔室；活塞桿為兩根，兩活塞桿的一端分別與活塞兩端面的中心部位固連，它們的另一端分別從測量油缸兩端的端蓋伸出；位移傳感器安裝在測量油缸的外側壁上，其位移測量桿的自由端通過連接件與位于輸油主管路出口端的活塞桿連接。一種巖石試件體積變形測量方法，將巖石試件安裝在兩軸壓力試驗機的兩軸壓力室內的試樣臺上，使用上述巖石體積變形測量傳感器進行測量，通過兩軸壓力試驗機的控制系統記錄并顯示巖石的體積變形。
[0008]上述測量巖石變形的方法使用激光儀器或顯微鏡來測量，這些方法精度高，但只利于對單個點的測量，不能放映出區域的形變。同時需要昂貴的儀器，技術要求高，且操作復雜。
【發明內容】
[0009]本發明所要解決的技術問題是提供一種測量巖石區域形變的方法，可以解決需要昂貴儀器、技術要求高，且操作復雜的問題，操作方法簡單易行、精度高、實驗器材簡單、經濟，適用范圍廣泛。
[0010]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:一種測量巖石區域形變的方法，該方法包括以下步驟:
[0011]I)將網格紙或均勻布滿點的紙與塑料薄膜緊貼形成一體制成薄膜紙；
[0012]2)將步驟I)制成的薄膜紙的網格面或點狀面向上，塑料薄膜面緊貼于需測量巖樣的表面并與需測量巖樣形成一體；
[0013]3)在鐵架臺上層放置攝像機，并使其固定，在鐵架臺下層固定步驟2)制得的需測量巖樣，用攝像機拍下巖石變形前紙上的網格或點的分布情況圖；
[0014]4)使巖樣受力產生形變，用攝像機拍下巖石變形后紙上的網格或點的分布情況圖；
[0015]5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的網格或點的分布情況圖，通過網格或點的位置變化的測量，完成對巖石區域形變的測量。
[0016]當使用網格紙時，步驟5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的網格的分布情況圖的步驟為:
[0017]5-1)通過Photoshop軟件進行色彩填充，使巖石變形前紙上的網格與巖石變形后紙上的網格對比鮮明；
[0018]5-2)疊加經步驟5-1)處理后的兩張圖片，調整圖片透明度，通過巖石變形前、后網格位置的變化測量，得出巖石受力形變的方向及形變量的大小，完成對巖石區域形變的測量。
[0019]網格紙上網格的長為3?ICtam,寬為3?10臟。
[0020]當使用均勻布滿點的紙時，步驟5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的點的分布情況圖的步驟為:
[0021]5-1)通過Photoshop軟件進行處理，使巖石變形前紙上的點與巖石變形后紙上的點對比鮮明；
[0022]5-2)疊加經步驟5-1)處理后的兩張圖片，調整圖片透明度，得到巖石變形前、后點狀疊加全景圖；
[0023]5-3)在步驟5-2)制得的巖石變形前、后點狀疊加全景圖上選取至少一個點狀局部圖，通過Photoshop的測量工具測出點狀局部圖巖石變形前、后點的位移大小和方向，得出巖石受力形變的方向及形變量的大小，完成對巖石區域形變的測量。
[0024]步驟5-3)選取的點狀局部圖的數量優選為三個，按照距離巖石上受力點的位置由近及遠分別截取，通過Photoshop的測量工具測出每個點狀局部圖巖石變形前、后點的位移大小和方向，得出巖石受力形變的方向及形變量的大小，分析巖石受力的位置和形變傳導的變化規律，完成對巖石區域形變的測量。
[0025]均勻布滿點的紙上點與點之間的間距為豎向3?10mm，橫向3?10mm。
[0026]步驟4)為:使巖樣受力產生形變，用攝像機進行實時攝影，拍下巖石變形后紙上的網格或點的分布情況隨時間的變化過程，用計算機軟件進行所需時刻圖片的截取。
[0027]本發明提供的一種測量巖石區域形變的方法，通過圖形處理軟件處理巖石變形前、后的圖得到對巖石變形前、后疊加的網格紙圖，可以直觀地從線條的變化中看出巖石受力形變的方向，還可以看出受力形變變化的大小，做出定性分析；也可通過圖形處理軟件處理巖石變形前、后的圖得到巖石變形前、后點狀疊加全景圖，可以直接測量出各點的位移變化的距離和方向，可繪制出位移等直線圖，可以和數值模擬區域值精確分析，做出定量分析，從而完成對巖石區域形變的測量。既適用于對現場墻體、鋼筋棍凝土變形區域進行測量，也適用于實驗室對小巖石等材料的形變區域的測量，還可以對塑料、木材等材料進行區域形變測量，該方法操作方法簡單易行、精度高、實驗器材簡單、經濟，適用范圍廣泛；紙與塑料薄膜厚度小，遇水不易變形，可以重復利用，又可以和巖石緊密貼合，使紙與巖石同步變形，確保了測量數據精確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
[0029]圖1為本發明實施例一采用網格紙時，步驟5-2)疊加經步驟5-1)處理后的兩張圖片的不意圖；
[0030]圖2為本發明實施例二和三采用均勻布滿點的紙時，步驟5-2)疊加得到的巖石變形前、后點狀疊加全景圖，圖中虛線框為實施例三選取的三個點狀局部圖；
[0031]圖3為圖2中選取的第一點狀局部圖的測量圖；
[0032]圖4為圖2中選取的第二點狀局部圖的測量圖；
[0033]圖5為圖2中選取的第三點狀局部圖的測量圖；
[0034]圖6為本發明實施例四將巖石受力分為前、中、后三個階段，疊加得到的巖石變形前、后點狀疊加全景圖的測量圖。
【具體實施方式】
[0035]實施例一
[0036]一種測量巖石區域形變的方法，該方法由以下步驟組成:
[0037]I)制作一張表面帶有網格的紙，將網格紙與塑料薄膜用膠水緊貼形成一體制成薄膜紙；
[0038]2)將步驟I)制成的薄膜紙的網格面向上，塑料薄膜面通過膠水緊貼于需測量巖樣的表面并與需測量巖樣形成一體；
[0039]3)在鐵架臺上層放置攝像機，并使其固定，在鐵架臺下層固定步驟2)制得的需測量巖樣，用攝像機拍下巖石變形前紙上的網格的分布情況圖；
[0040]4)使巖樣受力產生形變，用攝像機進行實時攝影，拍下巖石變形后紙上的網格的分布情況隨時間的變化過程，用計算機軟件進行所需時刻圖片的截取。
[0041]5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的網格的分布情況圖，通過網格的位置變化的測量，完成對巖石區域形變的測量。
[0042]步驟5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的網格的分布情況圖的步驟為:
[0043]5-1)由于圖片顏色單一，通過Photoshop軟件進行色彩填充，使巖石變形前紙上的網格與巖石變形后紙上的網格對比鮮明(巖石受力前采用紅色對網格進行填充，巖石受力后采用黑色對網格進行填充)；
[0044]5-2)疊加經步驟5-1)處理后的兩張圖片，調整圖片透明度至50%，得到經步驟5-1)處理后的兩張圖片的示意圖，如圖1所示，從圖1中網格的位置變化，可以直接看出巖石受力形變的方向，網格間間距越大，則巖石形變越大，通過巖石變形前、后網格位置的變化測量，得出巖石受力形變的方向及形變量的大小，完成對巖石區域形變的測量。
[0045]網格紙上網格的長為3?10mm，寬為3?10mm。該網格尺度可根據測量進度要求和測試面面積進行調整。
[0046]實施例二
[0047]一種測量巖石區域形變的方法，該方法由以下步驟組成:
[0048]I)用CAD軟件打印均勻布滿點的紙，將均勻布滿點的紙與塑料薄膜用膠水緊貼形成一體制成薄膜紙；
[0049]2)將步驟I)制成的薄膜紙的點狀面向上，塑料薄膜面通過膠水緊貼于需測量巖樣的表面并與需測量巖樣形成一體；
[0050]3)在鐵架臺上層放置攝像機，并使其固定，在鐵架臺下層固定步驟2)制得的需測量巖樣，用攝像機拍下巖石變形前紙上的點的分布情況圖；
[0051]4)使巖樣受力產生形變，用攝像機進行實時攝影，拍下巖石變形后紙上的點的分布情況隨時間的變化過程，用計算機軟件進行所需時刻圖片的截取；
[0052]5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的點的分布情況圖，通過點的位置變化的測量，完成對巖石區域形變的測量。
[0053]當使用均勻布滿點的紙時，步驟5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的點的分布情況圖的步驟為:
[0054]5-1)通過Photoshop軟件用鉛筆工具使巖石變形前、后紙上的點的分布情況圖上的點顏色對比鮮明(巖石受力前采用紅色對點進行填充，巖石受力后采用黑色對點進行填充)；
[0055]5-2)疊加經步驟5-1)處理后的兩張圖片，調整圖片透明度至50%，得到巖石變形前、后點狀疊加全景圖，如圖2所示；
[0056]5-3)在步驟5-2)制得的巖石變形前、后點狀疊加全景圖上選取至少一個點狀局部圖，利用Photoshop測量工具可以直接測量出各點的位移變化的大小和方向，可繪制出位移等直線圖，可以和數值模擬區域值精確分析，進行定量分析，得出巖石受力形變的方向及形變量的大小，完成對巖石區域形變的測量。
[0057]均勻布滿點的紙上點與點之間的間距為豎向3?10mm，橫向3?10mm。該點與點間距可根據測量進度要求和測試面面積進行調整。
[0058]實施例三
[0059]一種測量巖石區域形變的方法，該方法由以下步驟組成:
[0060]I)用CAD軟件打印均勻布滿點的紙，將均勻布滿點的紙與塑料薄膜用膠水緊貼形成一體制成薄膜紙；
[0061]2)將步驟I)制成的薄膜紙的點狀面向上，塑料薄膜面通過膠水緊貼于需測量巖樣的表面并與需測量巖樣形成一體；
[0062]3)在鐵架臺上層放置攝像機，并使其固定，在鐵架臺下層固定步驟2)制得的需測量巖樣，用攝像機拍下巖石變形前紙上的點的分布情況圖；
[0063]4)使巖樣受力產生形變，用攝像機進行實時攝影，拍下巖石變形后紙上的點的分布情況隨時間的變化過程，用計算機軟件進行所需時刻圖片的截取；
[0064]5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的點的分布情況圖，通過點的位置變化的測量，完成對巖石區域形變的測量。
[0065]當使用均勻布滿點的紙時，步驟5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的點的分布情況圖的步驟為:
[0066]5-1)通過Photoshop軟件用鉛筆工具使巖石變形前、后紙上的點的分布情況圖上的點顏色對比鮮明(巖石受力前采用紅色對點進行填充，巖石受力后采用黑色對點進行填充)；
[0067]5-2)疊加經步驟5-1)處理后的兩張圖片，調整圖片透明度至50%，得到巖石變形前、后點狀疊加全景圖，如圖2所示；
[0068]5-3)在巖石變形前、中、后點狀疊加全景圖上選取三個點狀局部圖，按照距離巖石上受力點的位置由近及遠分別截取，利用Photoshop測量工具可以直接測量出各點的位移變化的大小和方向，如圖3、圖4和圖5所示，可繪制出位移等直線圖，可以和數值模擬區域值精確分析，進行定量分析，得出巖石受力形變的方向及形變量的大小，完成對巖石區域形變的測量。
[0069]均勻布滿點的紙上點與點之間的間距為豎向3?10mm，橫向3?10mm。該點與點間距尺度可根據測量進度要求和測試面面積進行調整。
[0070]由圖3、圖4和圖5可知，隨著離受力點的距離不斷變遠，巖石的形變量由小到大，再由大到小。可以直接看出巖石受力的位置和形變傳導的變化規律。不僅可以得到形變的方向，還可以得到形變量大小的準確數據。
[0071]實施例四
[0072]—種測量巖石區域形變的方法，該方法由以下步驟組成:
[0073]I)用CAD軟件打印均勻布滿點的紙，將均勻布滿點的紙與塑料薄膜用膠水緊貼形成一體制成薄膜紙；
[0074]2)將步驟I)制成的薄膜紙的點狀面向上，塑料薄膜面通過膠水緊貼于需測量巖樣的表面并與需測量巖樣形成一體；
[0075]3)在鐵架臺上層放置攝像機，并使其固定，在鐵架臺下層固定步驟2)制得的需測量巖樣，用攝像機拍下巖石變形前紙上的點的分布情況圖；
[0076]4)使巖樣受力產生形變，用攝像機拍下巖石變形中紙上的點的分布情況圖；
[0077]5)繼續向巖樣施力，用攝像機拍下巖石變形后紙上的點的分布情況圖；
[0078]6)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、中、后紙上的點的分布情況圖，通過點的位置變化的測量，完成對巖石區域形變的測量。
[0079]當使用均勻布滿點的紙時，步驟5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、中、后紙上的點的分布情況圖的步驟為:
[0080]6-1)通過Photoshop軟件用鉛筆工具使巖石變形前、中、后紙上的點的分布情況圖上的點顏色對比鮮明；
[0081]6-2)疊加經步驟6-1)處理后的三張圖片，調整圖片透明度至50%，得到巖石變形前、中、后點狀疊加全景圖；
[0082]6-3)在巖石變形前、中、后點狀疊加全景圖上選取一個點狀局部圖，利用Photoshop測量工具可以直接測量出各點的位移變化的大小和方向，如圖6所示，可繪制出位移等直線圖，可以和數值模擬區域值精確分析，進行定量分析，得出巖石受力變形前、中、后三個狀態過度過程中形變的方向及形變量的大小，完成對巖石區域形變的測量。
[0083]均勻布滿點的紙上點與點之間的間距為豎向3?10mm，橫向為3?10mm。該點與點間距尺度可根據測量進度要求和測試面面積進行調整。
[0084]步驟4)和5)中，使巖樣受力產生形變，用攝像機進行實時攝影，拍下巖石變形后紙上的點的分布情況隨時間的變化過程，用計算機軟件進行所需時刻圖片的截取。
[0085]由圖6可知，上方箭頭為受力前巖石上各點到受力中巖石上相應點的矢量位移，下方箭頭為為受力中巖石上各點到受力后巖石上相應點的矢量位移，使測量巖石形變的測量結果更為精確。
[0086]還可將巖石受力分為更多階段，使得測量巖石形變的測量結果更為精確。
[0087]本發明提供的一種測量巖石區域形變的方法，通過圖形處理軟件處理巖石變形前、后的圖得到對巖石變形前、后疊加的網格紙圖，可以直觀地從線條的變化中看出巖石受力形變的方向，還可以看出受力形變變化的大小，做出定性分析；也可通過圖形處理軟件處理巖石變形前、后的圖得到巖石變形前、后點狀疊加全景圖，可以直接測量出各點的位移變化的距離和方向，可繪制出位移等直線圖，可以和數值模擬區域值精確分析，做出定量分析，從而完成對巖石區域形變的測量。既適用于對現場墻體、鋼筋棍凝土變形區域進行測量，也適用于實驗室對小巖石等材料的形變區域的測量，還可以對塑料、木材等材料進行區域形變測量，該方法操作方法簡單易行、精度高、實驗器材簡單、經濟，適用范圍廣泛；紙與塑料薄膜厚度小，遇水不易變形，可以重復利用，又可以和巖石緊密貼合，使紙與巖石同步變形，確保了測量數據精確性。
【權利要求】
1.一種測量巖石區域形變的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 1)將網格紙或均勻布滿點的紙與塑料薄膜緊貼形成一體制成薄膜紙； 2)將步驟I)制成的薄膜紙的網格面或點狀面向上，塑料薄膜面緊貼于需測量巖樣的表面并與需測量巖樣形成一體； 3)在鐵架臺上層放置攝像機，并使其固定，在鐵架臺下層固定步驟2)制得的需測量巖樣，用攝像機拍下巖石變形前紙上的網格或點的分布情況圖； 4)使巖樣受力產生形變，用攝像機拍下巖石變形后紙上的網格或點的分布情況圖； 5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的網格或點的分布情況圖，通過網格或點的位置變化的測量，完成對巖石區域形變的測量。
2.根據權利要求1所述的一種測量巖石區域形變的方法，其特征在于當使用網格紙時，步驟5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的網格的分布情況圖的步驟為: 5-1)通過Photoshop軟件進行色彩填充，使巖石變形前紙上的網格與巖石變形后紙上的網格對比鮮明； 5-2)疊加經步驟5-1)處理后的兩張圖片，調整圖片透明度，通過巖石變形前、后網格位置的變化測量，得出巖石受力形變的方向及形變量的大小，完成對巖石區域形變的測量。
3.根據權利要求2所述的一種測量巖石區域形變的方法，其特征在于:網格紙上網格的長為3?1mm,寬為3?10mm。
4.根據權利要求1所述的一種測量巖石區域形變的方法，其特征在于當使用均勻布滿點的紙時，步驟5)用圖形處理軟件分別處理步驟3)和步驟4)得到的巖石變形前、后紙上的點的分布情況圖的步驟為: 5-1)通過Photoshop軟件進行處理，使巖石變形前紙上的點與巖石變形后紙上的點對比鮮明； 5-2)疊加經步驟5-1)處理后的兩張圖片，調整圖片透明度，得到巖石變形前、后點狀疊加全景圖； 5-3)在步驟5-2)制得的巖石變形前、后點狀疊加全景圖上選取至少一個點狀局部圖，通過Photoshop的測量工具測出點狀局部圖巖石變形前、后點的位移大小和方向，得出巖石受力形變的方向及形變量的大小，完成對巖石區域形變的測量。
5.根據權利要求4所述的一種測量巖石區域形變的方法，其特征在于步驟5-3)選取的點狀局部圖的數量為三個，按照距離巖石上受力點的位置由近及遠分別截取，通過Photoshop的測量工具測出每個點狀局部圖巖石變形前、后點的位移大小和方向，得出巖石受力形變的方向及形變量的大小，分析巖石受力的位置和形變傳導的變化規律，完成對巖石區域形變的測量。
6.根據權利要求4所述的一種測量巖石區域形變的方法，其特征在于:均勻布滿點的紙上點與點之間的間距為豎向3?1mm,橫向3?10mm。
7.根據權利要求1所述的一種測量巖石區域形變的方法，其特征在于步驟4)為:使巖樣受力產生形變，用攝像機進行實時攝影，拍下巖石變形后紙上的網格或點的分布情況隨時間的變化過程，用計算機軟件進行所需時刻圖片的截取。
【文檔編號】G01B11/16GK104315989SQ201410604263
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】劉杰, 邱浩峰, 何雨, 苑騰飛 申請人:三峽大學