一种岩石横向变形精确测量的方法
【专利摘要】一种岩石横向变形精确测量的方法，在圆柱形岩石试样上画出四等分垂直分割线，利用单轴实验仪、高清摄像机进行试验，将摄像机拍摄的影像导入计算机中处理，在AutoCAD中得到精确数据。本发明结构简单，操作方便，可行性强，一次测量可记录试样横向变形的整个过程， 得到更多更精确的实验数据：能够得到任意时刻，任意高度的位移图，得到精确测横向变形量，进而更加精确地计算试样的泊松比；可以计算整个式样的体积变形量，得到精确体应变；计算结果可以知道具体的变形破坏位置以及局部压缩或者膨胀。
【专利说明】-种岩石横向变形精确测量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种测量方法，具体设及一种岩石横向变形精确测量的方法。
【背景技术】
[0002] 在岩石力学中，单轴实验是一项最基本的实验，测量试件的横向变形是研究试件 力学特性很重要的一环。通过对岩体的横向变形测量可W确定岩体的泊松比，对岩体的体 积应变进行精确计算W及表征岩体损伤。
[0003] 现有岩石横向变形的测量方法主要有两类：一类是点式，即选取岩石柱体相对的 两条高的中点作为测量点，用百分表或者千分表直接观察记录数据，用此代表岩柱体的横 向变形。另一类是环式，即选取岩石柱体中间圆周测量变化量，用W代表岩柱体的横向变 形。该两种方法的不足之处均在于只能单一反应岩柱体侧面某一点或者是某一圆周上的横 向变形量，我们知道岩柱受压所产生的横向变形并不是呈单一的线性，因此上述两种方法 在实际操作中均存在较大误差。并对进一步得到岩体基本物理参数，如泊松比、体应变等存 在更大误差。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够反应岩石横向整体变形 情况，测量精度高、误差小的岩石横向变形精确测量的方法。
[0005] 本发明的目的是该样实现的；一种岩石横向变形精确测量的方法，包括W下步 骤：
[0006] 1)试样处理；在待测的圆柱形试样侧面画出四等分垂直分割线，并将画好四等分 垂直分割线的试样安置在单轴试验仪上；
[0007] 2)摄像机架设；两台高清摄像机分别正对相邻的两条垂直分割线支放，调整高清 摄像机与试样的距离，使图像最为清晰，且两台摄像机与试样距离要求相等，在镜头中找到 固定参照点；
[000引 3)摄像机拍摄；开启单轴实验仪器，并同时开启两台摄像机进行拍摄，待实验结 束停止摄像机拍摄；
[0009] 4)数据处理；将所述两台高清摄像机中拍摄的影像导入计算机，选取3个间隔为 30秒的时刻对两台摄像机拍摄的图像进行截图，并插入到AutoCAD中，并按时间先后将3个 时刻记为1、2、3 ;在CAD中把3个时刻的图像外部轮廓线描出，并缩放成与试样实际尺寸相 等的大小；
[0010] 使用AutoCAD中的工具测量3个时刻左右两侧面轮廓线和原始侧线所围成的面 积，分别计算左右两侧的等效横向变形相加得到试样的横向变形，3个时刻的轴向高度减 去原始高度得到轴向变形，算出泊松比，并于单点测量进行比较；将3个时刻图形的面积测 出，计算出图形的等效宽度，即为试样的等效直径，将两台摄像机的图像取平均值，得到试 样的平均直径和平均高度，计算出试样的体积W及体应变。
[0011] 所述的高清摄像机每一台均都配有可调节的支架，每台摄像机的帖数应大于每秒 20帖。
[0012] 所述两台高清摄像机架设相同的高度，即镜头焦点与试样垂直方向中点平行，W 使试样更为完整的呈现在镜头中，减小视觉误差，提高测量精度。
[0013] 同时，应使摄像机的镜头与试样所组成的两条视线夹角为90°。
[0014] 所述两台高清摄像机拍摄的影像导入计算机中处理，使用Corel VideoStudio选 取不同时刻截图，然后将图片放入AutoCAD中处理，得到精确数据。
[0015] 本发明提供的岩石横向变形精确测量的方法，具有W下有益效果：
[0016] 1、本发明采用的设备结构简单，操作方便，省时省力，可行性强，适用于单轴压缩 实验中岩石试样的横向变形精确测量。
[0017] 2、利用本发明进行岩石试样横向变形测量时，一个人即可完成工作，且一次测量 可记录试样横向变形的整个过程，得到更多更精确的实验数据。
[0018] 3、通过本发明，能够得到任意时刻，任意高度的位移图，有效地弥补了原有方法只 能测量某点或者某一圆周的不足，可W-次性地测量两条侧面轮廓线的变化，可W观察到 边界侧线不止向外扩张还有凹陷过程进而得到横向变形精确值。
[0019] 4、利用得到的变形数据能够更加精确地计算试样任意时刻的泊松比，与原有方法 存在巨大差异，原有方法是在体积不变的前提下计算泊松比，此方法可W计算得到精确体 膨胀量，进而可W判定张拉裂隙是使泊松比大于0. 5的原因，在实验之前标志可能的张拉 和挤压部位可W得到详细的数据。
[0020] 5、计算整个式样的体积变形量，得到精确体应变。
[0021] 6、计算结果可W知道具体变形破坏位置W及局部压缩或者膨胀。
[0022] 7、使摄像机的镜头与试样所组成的两条视线夹角为90°，使摄像机中试样的侧线 即为相对的两条垂直分割线，好处是用四条等分垂直分割线的变形代表整个侧面的变形， 更具代表性，提高测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0024] 图1是本发明的设备布置示意图。
[0025] 图2是本发明的设备布置俯视图。
[0026] 图3是现有技术中点式和环式两种传统测量方法的示意图。
[0027] 图4是摄像机拍摄轮廓线示意图。
[0028] 图5 - 8为测量实例中边界侧线变化示意图；其中图5中分别为新方法1号机左 侧及传统方法左侧边界侧线变化示意图；图6中分别为新方法1号机右侧及传统方法右侧 边界侧线变化示意图；图7中分别为新方法2号机左侧及传统方法左侧边界侧线变化示意 图；图8中分别为新方法2号机右侧及传统方法右侧边界侧线变化示意图。
[0029] 图中，1、岩石试样，21为一号高清摄像机，22为二号高清摄像机，3、四等分垂直分 割线；图2的I代表一号高清摄像机所拍摄到的垂直分割线；II代表二号高清摄像机所拍 摄到的垂直分割线。
【具体实施方式】 [0030] 实施例；
[0031] 一种岩石横向变形精确测量的方法，包括W下步骤：
[0032] 1)试样处理；在待测的圆柱形试样侧面画出四等分垂直分割线，并将画好四等 分垂直分割线的试样安置在单轴试验仪上；在四等分垂直分割线时用与试样颜色对比鲜 明的标记笔画出，W便于摄像机拍摄；本例中的圆柱形试样直径48. 7mm，高95. 9mm，体积 178544. 381mm3.
[0033] 2)摄像机架设；两台高清摄像机分别正对相邻的两条垂直分割线支放，调整高清 摄像机与试样的距离，使图像最为清晰，且两台摄像机与试样距离要求相等，在镜头中找到 固定参照点；高清摄像机每一台均都配有可调节的支架，每台摄像机的帖数应大于每秒20 帖；
[0034] 3)摄像机拍摄；开启单轴实验仪器，并同时开启两台摄像机进行拍摄，待实验结 束停止摄像机拍摄；拍摄时在合适位置布置打光，使图像效果更好，两台高清摄像机的摆放 位置和高度一旦确定，在整个实验过程中不能再改变；
[0035] 4)数据处理；即利用所测数据计算试样的横向变形、泊松比W及体应变，并与原 有单点测量方法进行对比；
[0036] 具体如下；将所述两台高清摄像机中拍摄的影像导入计算机，本例中选用的摄像 机帖数为每秒25帖，即精度为40ms ;选取3个间隔为30秒的时刻对两台摄像机拍摄的图 像进行截图，并插入到AutoCAD中，并按时间先后将3个时刻记为1、2、3 ;在AutoCAD中把3 个时刻的图像外部轮廓线描出，并缩放成与试样实际尺寸相等的大小；
[0037] 使用AutoCAD中的工具测量3个时刻左右两侧面轮廓线和原始侧线所围成的面 积，分别计算左右两侧的等效横向变形相加得到试样的横向变形，3个时刻的轴向高度减 去原始高度得到轴向变形，算出泊松比，并于单点测量进行比较；将3个时刻图形的面积测 出，计算出图形的等效宽度，即为试样的等效直径，将两台摄像机的图像取平均值，得到试 样的平均直径和平均高度，计算出试样的体积W及体应变。
[003引计算数据见下表：
[0039] 表1任意3个时刻CAD中所得数据
[0040]
【权利要求】
1. 一种岩石横向变形精确测量的方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 试样处理：在待测的圆柱形试样侧面画出四等分垂直分割线，即等分侧面的四条母 线，并将画好四等分垂直分割线的试样安置在单轴试验仪上； 2) 摄像机架设：两台高清摄像机分别正对相邻的两条垂直分割线支放，调整高清摄像 机与试样的距离，使图像最为清晰，且两台摄像机与试样距离要求相等，在镜头中找到固定 参照点； 3) 摄像机拍摄：开启单轴实验仪器，并同时开启两台摄像机进行拍摄，待实验结束停止 摄像机拍摄； 4) 数据处理：将所述两台高清摄像机中拍摄的影像导入计算机，选取3个间隔为30秒 的时刻对两台摄像机拍摄的图像进行截图，并插入到AutoCAD中，并按时间先后将3个时刻 记为1、2、3 ;在CAD中把3个时刻的图像外部轮廓线描出，并缩放成与试样实际尺寸相等的 大小； 使用AutoCAD中的工具测量3个时刻左右两侧面轮廓线和原始侧线所围成的面积，分 别计算左右两侧的等效横向变形相加得到试样的横向变形，3个时刻的轴向高度减去原始 高度得到轴向变形，算出泊松比，并于单点测量进行比较；将3个时刻图形的面积测出，计 算出图形的等效宽度，即为试样的等效直径，将两台摄像机的图像取平均值，得到试样的平 均直径和平均高度，计算出试样的体积以及体应变。
2. 根据权利要求1所述的岩石横向变形精确测量的方法，其特征在于：所述的高清摄 像机每一台均都配有可调节的支架，每台摄像机的帧数应大于每秒20帧。
3. 根据权利要求1所述的岩石横向变形精确测量的方法，其特征在于：所述两台高清 摄像机架设相同的高度，即镜头焦点与试样垂直方向中点平行，以使试样更为完整的呈现 在镜头中，减小视觉误差，提高测量精度。
4. 根据权利要求1所述的岩石横向变形精确测量的方法，其特征在于：摄像机的镜头 与试样所组成的两条视线夹角为90°。
5. 根据权利要求1所述的一种岩石横向变形精确测量的方法，其特征在于：所述两台 高清摄像机拍摄的影像导入计算机中处理，使用Corel VideoStudio选取不同时刻截图，然 后将图片放入AutoCAD中处理，得到精确数据。
【文档编号】G01B11/16GK104501730SQ201410735475
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】刘杰, 苑腾飞, 李建林, 颜溧洲, 于振民 申请人:三峡大学