岩体损伤状态测评方法、装置及存储介质

本发明涉及岩体质量测评，尤其涉及一种岩体损伤状态测评方法、装置及存储介质。

背景技术：

1、岩体是指在一定工程范围内，由包含软弱结构面的各类岩石所组成的具有不连续性、非均质性和各向异性的地质体。“损伤”泛指材料内部的一种劣化因素，与所涉及的材料与工作环境密切相关。事实上，岩体本身就是一种天然损伤结构，长期暴露于自然环境中，岩体中的各类结构易发生扩展、连通、汇合，导致损伤不断积累，一旦达到临界值便发生失稳断裂，产生垮塌、倾覆、滑移等不稳定性病害，严重影响人类的生产生活及各类工程活动的开展。研究岩体损伤特征是岩体稳定性分析的基础，可为灾害的精准防控提供理论依据。

2、在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

3、现阶段关于岩体损伤测评方法可分为两类：单一指标测评和多指标综合测评。虽然单一指标(如波速衰减率)的测评方法较为方便、方向明确，但并不符合岩体的实际情况，存在诸多不合理之处；相对而言，采用综合指标的岩体损伤测评方法则可获得较为合理、准确的结果，如q系统方法、rmr法等，但这类方法存在指标权重难以准确确定、部分指标数值的选取主观性较大、评价周期耗费时间较长等相关问题。另外，上述评价方法中参数的获取手段多为接触式(如人工测量，钻孔取样等)，然而实际岩体的赋存环境复杂，存在诸多高陡、高危、难以触及及有特殊保护需求的岩体，致使岩体参数的获取较为困难，进而导致评价方法难以适用。

4、因此需要一种岩体损伤状态测评方法、装置及存储介质，以至少部分地解决上述技术问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明实施例提供了一种岩体损伤状态测评方法、装置及存储介质，以至少解决现有技术中的问题之一。

2、本发明的一个方面提供了一种岩体损伤状态测评方法，该方法包括以下步骤：

3、将被测岩体划分为若干个面积相等一级子单元；

4、分别对每块一级子单元的岩体进行热激励，获取不同加热时间下的各一级子单元的温度云图；

5、对所述各一级子单元的温度云图进行划分，共划分为m个二级子单元；

6、获取每个二级子单元内的温度参数，其中所述温度参数包括平均温度最高温度最低温度和温度变化率bi，其中i＝1，…，m；

7、获取每个二级子单元内的裂隙参数，其中所述裂隙参数包括裂隙条数oi、裂隙迹长li、裂隙隙宽di、裂隙深度hi和裂隙面积ψi；

8、基于所述温度参数和所述裂隙参数采用灰色关联度法获得岩体损伤指数si；其中，损伤指数的大小代表岩体的不同损伤劣化状态，以参考序列为完整部位岩体为例，当评价部位的损伤指数越大，表明该部位损伤越为严重，具体为：轻微损伤(0＜si≤0.3)、中等损伤(0.3＜si≤0.5)、显著损伤(0.5＜si≤0.8)、严重损伤(0.8＜si≤1)。

9、在本发明的一些实施例中，所述分别对每块一级子单元的岩体进行热激励，获取不同加热时间下的各一级子单元的温度云图，包括：

10、使用加热装置分别对每块一级子单元的岩体进行长时序红外热激励，所述加热装置优选可调节功率的恒热流卤素加热灯，加热距离设置在1-2m。和/或

11、所述热激励的最高温度不超过50℃。

12、在本发明的一些实施例中，所述一级子单元面积为1-1.5m2。和/或

13、所述二级子单元的面积为一级子单元面积的

14、在本发明的一些实施例中，所述获取每个二级子单元内的裂隙参数，包括：

15、获取每个二级子单元内的出露型裂隙的裂隙参数：裂隙条数oi、裂隙迹长li和裂隙隙宽di，其具体方法包括：使用smartview红外图像专业软件进行处理，调整可见光和红外热图像的融合度，融合度优选为50％；同时对融合图像进行算法增强，以此来提取裂隙条数oi、裂隙迹长li和裂隙隙宽di；

16、获取每个二级子单元内的埋藏型裂隙的裂隙参数：裂隙深度hi和裂隙面积ψi，其具体方法包括：

17、分析岩体表面温度场，识别内部缺陷在岩体表面所对应的位置；

18、提取缺陷区域二级子单元表面温度值和无缺陷区域二级子单元表面温度值a，b∈i；

19、测试岩体的密度ρ、导热系数λ、比热容c、时间t、t时刻所对应的温差δt及岩体表面的热流密度qw，其中

20、将各参数代入温差函数和埋深计算公式其中

21、求解不同时刻计算所得的缺陷埋深h的变化率：求解计算深度变化率其中k为提取温度值时采样的序列值，k＝1，…，n；

22、选取变化率d的最小值所处时刻为缺陷埋深h的最佳计算时间，获取该时刻的缺陷埋深h，即为最终所确定的缺陷埋深h；

23、将埋藏型裂隙视为圆盘状，通过岩体高温区范围估算裂隙面积，计算公式为ψ＝4π(dz-2hg)2，dz为高温区的直径或长轴大小；g为修正系数取值0.26-0.36；h为计算深度；ψ为裂隙计算面积。

24、在本发明的一些实施例中，所述基于所述温度参数和所述裂隙参数采用灰色关联度法获得岩体损伤指数si，包括：

25、确定关联评价的分析数列，本发明选用的参考数列x0由岩体完整性好、风化程度低的二级子单元的损伤参数组成，比较数列x1-xm为剩余各二级子单元的损伤参数组成。利用参考数列和比较数列建立分析矩阵其中，矩阵a中xij表示第i个二级子单元中的第j个损伤评价参数(i＝1，…，m；j＝1，…，9)，且(j＝1，j＝2，j＝3，j＝4，j＝5，j＝6，j＝7，j＝8，j＝9)＝(平均温度，最高温度，最低温度，温度变化率，裂隙条数，裂隙迹长，裂隙隙宽，裂隙深度，裂隙面积)；

26、对参考数据列和比较数据列进行规范化处理，以消除量纲不同造成的影响，获取xij规范化后的结果数据aij；

27、获取灰色关联系数eij；

28、获取灰色关联度ri，其计算公式如下：

29、

30、其中wj为复合权重；

31、获取岩体损伤指数si，其中si＝1/ri。

32、在本发明的一些实施例中，aij、eij的计算公式分别为

33、

34、正向指标：负向指标：

35、其中ρ为分辨系数，优选为0.5。

36、在本发明的一些实施例中，所述复合权重wj通过层次分析法和熵权法综合确定，计算公式为

37、

38、在本发明的一些实施例中，所述复合权重wj通过层次分析法和熵权法综合确定的计算过程，包括：

39、所述层次分析法步骤为：

40、采用层次分析法确定客观权重，建立层次结构；

41、将同一层次的指标两两进行比较，根据其重要程度进行打分，构造指标间相对重要程度的判断矩阵；

42、构造判断矩阵b＝(bvp)9×9，其中bvp表示为第v个指标相对于第p个指标的重要程度，v，p∈j；

43、求判断矩阵b的最大特征值与特征向量，具体如下：

44、将矩阵中的每列元素进行标准化处理

45、将标准化后矩阵的各列进行累加得

46、对累加后的向量进行标准化处理得

47、其中wv即为层次分析法所确定的指标权重向量，wv的分量即为各参数的权重系数，为了便于计算这里令w1j＝wv；

48、计算判断矩阵b的最大特征值，

49、对判断矩阵b进行一致性检验，计算一致性指标

50、计算一致性比率

51、其中ri为随机一致性指标，查表可得，当cr＜0.1时，表明层次分析矩阵的一致性满足要求，此时所求矩阵最大特征值所对应的特征向量即为损伤参数指标的权重分布；

52、所述熵权法步骤为：

53、构造评价矩阵a＝(aij)m9(i＝0，1，2，...，m；j＝l，2，3，...，9)，aij表示第i个二级子单元第j个损伤评价指标经标准化后的值；

54、确定评价指标的熵，计算公式为

55、

56、计算评价指标的熵权

57、

58、式中，w2j表示熵权法中各单一指标占有的权重。

59、本发明的另一方面提供了一种岩体损伤状态测评装置，该装置包括：

60、第一划分模块，用于将被测岩体划分为若干个面积相等一级子单元；

61、温度云图获取模块，用于分别对每块一级子单元的岩体进行热激励，获取不同加热时间下的各一级子单元的温度云图；

62、第二划分模块，用于对所述各一级子单元的温度云图进行划分，共划分为m个二级子单元；

63、温度参数获取模块，用于获取每个二级子单元内的温度参数，其中所述温度参数包括平均温度最高温度最低温度和温度变化率bi，其中i＝1，2，...，m；

64、裂隙参数获取模块，用于获取每个二级子单元内的裂隙参数，其中所述裂隙参数包括裂隙条数oi、裂隙迹长li、裂隙隙宽di、裂隙深度hi和裂隙面积ψi；

65、计算模块，用于基于所述温度参数和所述裂隙参数采用灰色关联度法获得岩体损伤指数si。

66、本发明的另一方面提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述岩体损伤状态测评方法。

67、根据本发明实施例的岩体损伤状态测评方法、装置及存储介质，首先根据被测岩体面积、被测距离、环境等情况将被测岩体划分为若干个面积相等一级子单元；分别对每块一级子单元的岩体进行热激励，获取不同加热时间下的各一级子单元的温度云图；然后对所述各一级子单元的温度云图进行划分，共划分为m个二级子单元；接着获取每个二级子单元内的温度参数，其中所述温度参数包括平均温度最高温度最低温度和温度变化率bi；获取每个二级子单元内的裂隙参数，其中所述裂隙参数包括裂隙条数oi、裂隙迹长li、裂隙隙宽di、裂隙深度hi和裂隙面积ψi；最后基于所述温度参数和所述裂隙参数采用灰色关联度法获得岩体损伤指数si。其满足了岩体探测无损、非接触的需求，基于灰色关联法的损伤指数si结合了现场岩体结构特征与岩体风化特性，可实现岩体损伤状态的快速、高效评价。

68、本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

69、本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。