一种测量岩石区域形变的方法
【专利摘要】一种测量岩石区域形变的方法，该方法包括以下步骤：1）制成薄膜纸；2）将塑料薄膜面紧贴于需测量岩样的表面并与需测量岩样形成一体；3）在铁架台上层放置摄像机，在铁架台下层固定需测量岩样，拍下岩石变形前纸上的网格或点的分布情况图；4）使岩样受力产生形变，用摄像机拍下岩石变形后纸上的网格或点的分布情况图；5）用图形处理软件处理步骤3）和步骤4）得到的岩石变形前、后纸上的网格或点的分布情况图，通过网格或点的位置变化的测量，完成对岩石区域形变的测量。本发明提供的一种测量岩石区域形变的方法，可以解决需要昂贵仪器、技术要求高，且操作复杂的问题，操作方法简单易行、精度高、实验器材简单、经济，适用范围广泛。
【专利说明】—种测量岩石区域形变的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量岩石形变的方法，尤其是一种测量岩石区域形变的方法。
【背景技术】
[0002]岩石变形的鉴定和测量对科研和现实应用的越来越重要，于是产生了许多的测量方法，现有的方法主要有两种:
[0003]1、实时数字全息法测量
[0004]该方法应用激光实时数字全息干涉法的基本原理，设计构建了实时数字全息测量有机玻璃板横向受压形变过程的试验测量系统，连续动态捕获了有机玻璃板在横向受压过程中的实时数字全息干涉条纹图的视频文件，用MATLAB编程处理得到动态的还原物体的视频文件，通过数字图像处理干涉条纹图，用最小二乘法对干涉条纹图解包裹得到了有机玻璃板横向受压过程中的相位变化情况。最后对试验所得的结果进行分析，得到有机玻璃板在横向受力过程中的应力场变化情况，预测了岩石受力下的裂变过程，完成了对岩石裂变过程的模拟。一李星宇；《实时数字全息法测量物体微小形变》[D];昆明理工大学；2009 年。
[0005]2、基于钻孔截面变形方法(CBDM)
[0006]一种基于钻孔技术来监测岩石应力变化的钻孔截面变形法(CB-DM)，该方法可以用来测量垂直于钻孔轴线的岩体的二维应力状态变化。一《基于钻孔截面变形方法(CBDM)测量岩石应力变化》国际地震动态；2011年第I期。
[0007]另外，中国专利201220410403公开了一种岩石体积变形测量传感器，包括测量油缸、活塞、活塞杆和位移传感器；活塞位于测量油缸内，将测量油缸分为第一腔室和第二腔室；活塞杆为两根，两活塞杆的一端分别与活塞两端面的中心部位固连，它们的另一端分别从测量油缸两端的端盖伸出；位移传感器安装在测量油缸的外侧壁上，其位移测量杆的自由端通过连接件与位于输油主管路出口端的活塞杆连接。一种岩石试件体积变形测量方法，将岩石试件安装在两轴压力试验机的两轴压力室内的试样台上，使用上述岩石体积变形测量传感器进行测量，通过两轴压力试验机的控制系统记录并显示岩石的体积变形。
[0008]上述测量岩石变形的方法使用激光仪器或显微镜来测量，这些方法精度高，但只利于对单个点的测量，不能放映出区域的形变。同时需要昂贵的仪器，技术要求高，且操作复杂。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是提供一种测量岩石区域形变的方法，可以解决需要昂贵仪器、技术要求高，且操作复杂的问题，操作方法简单易行、精度高、实验器材简单、经济，适用范围广泛。
[0010]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种测量岩石区域形变的方法，该方法包括以下步骤:
[0011]I)将网格纸或均匀布满点的纸与塑料薄膜紧贴形成一体制成薄膜纸；
[0012]2)将步骤I)制成的薄膜纸的网格面或点状面向上，塑料薄膜面紧贴于需测量岩样的表面并与需测量岩样形成一体；
[0013]3)在铁架台上层放置摄像机，并使其固定，在铁架台下层固定步骤2)制得的需测量岩样，用摄像机拍下岩石变形前纸上的网格或点的分布情况图；
[0014]4)使岩样受力产生形变，用摄像机拍下岩石变形后纸上的网格或点的分布情况图；
[0015]5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的网格或点的分布情况图，通过网格或点的位置变化的测量，完成对岩石区域形变的测量。
[0016]当使用网格纸时，步骤5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的网格的分布情况图的步骤为:
[0017]5-1)通过Photoshop软件进行色彩填充，使岩石变形前纸上的网格与岩石变形后纸上的网格对比鲜明；
[0018]5-2)叠加经步骤5-1)处理后的两张图片，调整图片透明度，通过岩石变形前、后网格位置的变化测量，得出岩石受力形变的方向及形变量的大小，完成对岩石区域形变的测量。
[0019]网格纸上网格的长为3?ICtam,宽为3?10臟。
[0020]当使用均匀布满点的纸时，步骤5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的点的分布情况图的步骤为:
[0021]5-1)通过Photoshop软件进行处理，使岩石变形前纸上的点与岩石变形后纸上的点对比鲜明；
[0022]5-2)叠加经步骤5-1)处理后的两张图片，调整图片透明度，得到岩石变形前、后点状叠加全景图；
[0023]5-3)在步骤5-2)制得的岩石变形前、后点状叠加全景图上选取至少一个点状局部图，通过Photoshop的测量工具测出点状局部图岩石变形前、后点的位移大小和方向，得出岩石受力形变的方向及形变量的大小，完成对岩石区域形变的测量。
[0024]步骤5-3)选取的点状局部图的数量优选为三个，按照距离岩石上受力点的位置由近及远分别截取，通过Photoshop的测量工具测出每个点状局部图岩石变形前、后点的位移大小和方向，得出岩石受力形变的方向及形变量的大小，分析岩石受力的位置和形变传导的变化规律，完成对岩石区域形变的测量。
[0025]均匀布满点的纸上点与点之间的间距为竖向3?10mm，横向3?10mm。
[0026]步骤4)为:使岩样受力产生形变，用摄像机进行实时摄影，拍下岩石变形后纸上的网格或点的分布情况随时间的变化过程，用计算机软件进行所需时刻图片的截取。
[0027]本发明提供的一种测量岩石区域形变的方法，通过图形处理软件处理岩石变形前、后的图得到对岩石变形前、后叠加的网格纸图，可以直观地从线条的变化中看出岩石受力形变的方向，还可以看出受力形变变化的大小，做出定性分析；也可通过图形处理软件处理岩石变形前、后的图得到岩石变形前、后点状叠加全景图，可以直接测量出各点的位移变化的距离和方向，可绘制出位移等直线图，可以和数值模拟区域值精确分析，做出定量分析，从而完成对岩石区域形变的测量。既适用于对现场墙体、钢筋棍凝土变形区域进行测量，也适用于实验室对小岩石等材料的形变区域的测量，还可以对塑料、木材等材料进行区域形变测量，该方法操作方法简单易行、精度高、实验器材简单、经济，适用范围广泛；纸与塑料薄膜厚度小，遇水不易变形，可以重复利用，又可以和岩石紧密贴合，使纸与岩石同步变形，确保了测量数据精确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
[0029]图1为本发明实施例一采用网格纸时，步骤5-2)叠加经步骤5-1)处理后的两张图片的不意图；
[0030]图2为本发明实施例二和三采用均匀布满点的纸时，步骤5-2)叠加得到的岩石变形前、后点状叠加全景图，图中虚线框为实施例三选取的三个点状局部图；
[0031]图3为图2中选取的第一点状局部图的测量图；
[0032]图4为图2中选取的第二点状局部图的测量图；
[0033]图5为图2中选取的第三点状局部图的测量图；
[0034]图6为本发明实施例四将岩石受力分为前、中、后三个阶段，叠加得到的岩石变形前、后点状叠加全景图的测量图。
【具体实施方式】
[0035]实施例一
[0036]一种测量岩石区域形变的方法，该方法由以下步骤组成:
[0037]I)制作一张表面带有网格的纸，将网格纸与塑料薄膜用胶水紧贴形成一体制成薄膜纸；
[0038]2)将步骤I)制成的薄膜纸的网格面向上，塑料薄膜面通过胶水紧贴于需测量岩样的表面并与需测量岩样形成一体；
[0039]3)在铁架台上层放置摄像机，并使其固定，在铁架台下层固定步骤2)制得的需测量岩样，用摄像机拍下岩石变形前纸上的网格的分布情况图；
[0040]4)使岩样受力产生形变，用摄像机进行实时摄影，拍下岩石变形后纸上的网格的分布情况随时间的变化过程，用计算机软件进行所需时刻图片的截取。
[0041]5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的网格的分布情况图，通过网格的位置变化的测量，完成对岩石区域形变的测量。
[0042]步骤5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的网格的分布情况图的步骤为:
[0043]5-1)由于图片颜色单一，通过Photoshop软件进行色彩填充，使岩石变形前纸上的网格与岩石变形后纸上的网格对比鲜明(岩石受力前采用红色对网格进行填充，岩石受力后采用黑色对网格进行填充)；
[0044]5-2)叠加经步骤5-1)处理后的两张图片，调整图片透明度至50%，得到经步骤5-1)处理后的两张图片的示意图，如图1所示，从图1中网格的位置变化，可以直接看出岩石受力形变的方向，网格间间距越大，则岩石形变越大，通过岩石变形前、后网格位置的变化测量，得出岩石受力形变的方向及形变量的大小，完成对岩石区域形变的测量。
[0045]网格纸上网格的长为3?10mm，宽为3?10mm。该网格尺度可根据测量进度要求和测试面面积进行调整。
[0046]实施例二
[0047]一种测量岩石区域形变的方法，该方法由以下步骤组成:
[0048]I)用CAD软件打印均匀布满点的纸，将均匀布满点的纸与塑料薄膜用胶水紧贴形成一体制成薄膜纸；
[0049]2)将步骤I)制成的薄膜纸的点状面向上，塑料薄膜面通过胶水紧贴于需测量岩样的表面并与需测量岩样形成一体；
[0050]3)在铁架台上层放置摄像机，并使其固定，在铁架台下层固定步骤2)制得的需测量岩样，用摄像机拍下岩石变形前纸上的点的分布情况图；
[0051]4)使岩样受力产生形变，用摄像机进行实时摄影，拍下岩石变形后纸上的点的分布情况随时间的变化过程，用计算机软件进行所需时刻图片的截取；
[0052]5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的点的分布情况图，通过点的位置变化的测量，完成对岩石区域形变的测量。
[0053]当使用均匀布满点的纸时，步骤5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的点的分布情况图的步骤为:
[0054]5-1)通过Photoshop软件用铅笔工具使岩石变形前、后纸上的点的分布情况图上的点颜色对比鲜明(岩石受力前采用红色对点进行填充，岩石受力后采用黑色对点进行填充)；
[0055]5-2)叠加经步骤5-1)处理后的两张图片，调整图片透明度至50%，得到岩石变形前、后点状叠加全景图，如图2所示；
[0056]5-3)在步骤5-2)制得的岩石变形前、后点状叠加全景图上选取至少一个点状局部图，利用Photoshop测量工具可以直接测量出各点的位移变化的大小和方向，可绘制出位移等直线图，可以和数值模拟区域值精确分析，进行定量分析，得出岩石受力形变的方向及形变量的大小，完成对岩石区域形变的测量。
[0057]均匀布满点的纸上点与点之间的间距为竖向3?10mm，横向3?10mm。该点与点间距可根据测量进度要求和测试面面积进行调整。
[0058]实施例三
[0059]一种测量岩石区域形变的方法，该方法由以下步骤组成:
[0060]I)用CAD软件打印均匀布满点的纸，将均匀布满点的纸与塑料薄膜用胶水紧贴形成一体制成薄膜纸；
[0061]2)将步骤I)制成的薄膜纸的点状面向上，塑料薄膜面通过胶水紧贴于需测量岩样的表面并与需测量岩样形成一体；
[0062]3)在铁架台上层放置摄像机，并使其固定，在铁架台下层固定步骤2)制得的需测量岩样，用摄像机拍下岩石变形前纸上的点的分布情况图；
[0063]4)使岩样受力产生形变，用摄像机进行实时摄影，拍下岩石变形后纸上的点的分布情况随时间的变化过程，用计算机软件进行所需时刻图片的截取；
[0064]5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的点的分布情况图，通过点的位置变化的测量，完成对岩石区域形变的测量。
[0065]当使用均匀布满点的纸时，步骤5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的点的分布情况图的步骤为:
[0066]5-1)通过Photoshop软件用铅笔工具使岩石变形前、后纸上的点的分布情况图上的点颜色对比鲜明(岩石受力前采用红色对点进行填充，岩石受力后采用黑色对点进行填充)；
[0067]5-2)叠加经步骤5-1)处理后的两张图片，调整图片透明度至50%，得到岩石变形前、后点状叠加全景图，如图2所示；
[0068]5-3)在岩石变形前、中、后点状叠加全景图上选取三个点状局部图，按照距离岩石上受力点的位置由近及远分别截取，利用Photoshop测量工具可以直接测量出各点的位移变化的大小和方向，如图3、图4和图5所示，可绘制出位移等直线图，可以和数值模拟区域值精确分析，进行定量分析，得出岩石受力形变的方向及形变量的大小，完成对岩石区域形变的测量。
[0069]均匀布满点的纸上点与点之间的间距为竖向3?10mm，横向3?10mm。该点与点间距尺度可根据测量进度要求和测试面面积进行调整。
[0070]由图3、图4和图5可知，随着离受力点的距离不断变远，岩石的形变量由小到大，再由大到小。可以直接看出岩石受力的位置和形变传导的变化规律。不仅可以得到形变的方向，还可以得到形变量大小的准确数据。
[0071]实施例四
[0072]—种测量岩石区域形变的方法，该方法由以下步骤组成:
[0073]I)用CAD软件打印均匀布满点的纸，将均匀布满点的纸与塑料薄膜用胶水紧贴形成一体制成薄膜纸；
[0074]2)将步骤I)制成的薄膜纸的点状面向上，塑料薄膜面通过胶水紧贴于需测量岩样的表面并与需测量岩样形成一体；
[0075]3)在铁架台上层放置摄像机，并使其固定，在铁架台下层固定步骤2)制得的需测量岩样，用摄像机拍下岩石变形前纸上的点的分布情况图；
[0076]4)使岩样受力产生形变，用摄像机拍下岩石变形中纸上的点的分布情况图；
[0077]5)继续向岩样施力，用摄像机拍下岩石变形后纸上的点的分布情况图；
[0078]6)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、中、后纸上的点的分布情况图，通过点的位置变化的测量，完成对岩石区域形变的测量。
[0079]当使用均匀布满点的纸时，步骤5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、中、后纸上的点的分布情况图的步骤为:
[0080]6-1)通过Photoshop软件用铅笔工具使岩石变形前、中、后纸上的点的分布情况图上的点颜色对比鲜明；
[0081]6-2)叠加经步骤6-1)处理后的三张图片，调整图片透明度至50%，得到岩石变形前、中、后点状叠加全景图；
[0082]6-3)在岩石变形前、中、后点状叠加全景图上选取一个点状局部图，利用Photoshop测量工具可以直接测量出各点的位移变化的大小和方向，如图6所示，可绘制出位移等直线图，可以和数值模拟区域值精确分析，进行定量分析，得出岩石受力变形前、中、后三个状态过度过程中形变的方向及形变量的大小，完成对岩石区域形变的测量。
[0083]均匀布满点的纸上点与点之间的间距为竖向3?10mm，横向为3?10mm。该点与点间距尺度可根据测量进度要求和测试面面积进行调整。
[0084]步骤4)和5)中，使岩样受力产生形变，用摄像机进行实时摄影，拍下岩石变形后纸上的点的分布情况随时间的变化过程，用计算机软件进行所需时刻图片的截取。
[0085]由图6可知，上方箭头为受力前岩石上各点到受力中岩石上相应点的矢量位移，下方箭头为为受力中岩石上各点到受力后岩石上相应点的矢量位移，使测量岩石形变的测量结果更为精确。
[0086]还可将岩石受力分为更多阶段，使得测量岩石形变的测量结果更为精确。
[0087]本发明提供的一种测量岩石区域形变的方法，通过图形处理软件处理岩石变形前、后的图得到对岩石变形前、后叠加的网格纸图，可以直观地从线条的变化中看出岩石受力形变的方向，还可以看出受力形变变化的大小，做出定性分析；也可通过图形处理软件处理岩石变形前、后的图得到岩石变形前、后点状叠加全景图，可以直接测量出各点的位移变化的距离和方向，可绘制出位移等直线图，可以和数值模拟区域值精确分析，做出定量分析，从而完成对岩石区域形变的测量。既适用于对现场墙体、钢筋棍凝土变形区域进行测量，也适用于实验室对小岩石等材料的形变区域的测量，还可以对塑料、木材等材料进行区域形变测量，该方法操作方法简单易行、精度高、实验器材简单、经济，适用范围广泛；纸与塑料薄膜厚度小，遇水不易变形，可以重复利用，又可以和岩石紧密贴合，使纸与岩石同步变形，确保了测量数据精确性。
【权利要求】
1.一种测量岩石区域形变的方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 1)将网格纸或均匀布满点的纸与塑料薄膜紧贴形成一体制成薄膜纸； 2)将步骤I)制成的薄膜纸的网格面或点状面向上，塑料薄膜面紧贴于需测量岩样的表面并与需测量岩样形成一体； 3)在铁架台上层放置摄像机，并使其固定，在铁架台下层固定步骤2)制得的需测量岩样，用摄像机拍下岩石变形前纸上的网格或点的分布情况图； 4)使岩样受力产生形变，用摄像机拍下岩石变形后纸上的网格或点的分布情况图； 5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的网格或点的分布情况图，通过网格或点的位置变化的测量，完成对岩石区域形变的测量。
2.根据权利要求1所述的一种测量岩石区域形变的方法，其特征在于当使用网格纸时，步骤5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的网格的分布情况图的步骤为: 5-1)通过Photoshop软件进行色彩填充，使岩石变形前纸上的网格与岩石变形后纸上的网格对比鲜明； 5-2)叠加经步骤5-1)处理后的两张图片，调整图片透明度，通过岩石变形前、后网格位置的变化测量，得出岩石受力形变的方向及形变量的大小，完成对岩石区域形变的测量。
3.根据权利要求2所述的一种测量岩石区域形变的方法，其特征在于:网格纸上网格的长为3?1mm,宽为3?10mm。
4.根据权利要求1所述的一种测量岩石区域形变的方法，其特征在于当使用均匀布满点的纸时，步骤5)用图形处理软件分别处理步骤3)和步骤4)得到的岩石变形前、后纸上的点的分布情况图的步骤为: 5-1)通过Photoshop软件进行处理，使岩石变形前纸上的点与岩石变形后纸上的点对比鲜明； 5-2)叠加经步骤5-1)处理后的两张图片，调整图片透明度，得到岩石变形前、后点状叠加全景图； 5-3)在步骤5-2)制得的岩石变形前、后点状叠加全景图上选取至少一个点状局部图，通过Photoshop的测量工具测出点状局部图岩石变形前、后点的位移大小和方向，得出岩石受力形变的方向及形变量的大小，完成对岩石区域形变的测量。
5.根据权利要求4所述的一种测量岩石区域形变的方法，其特征在于步骤5-3)选取的点状局部图的数量为三个，按照距离岩石上受力点的位置由近及远分别截取，通过Photoshop的测量工具测出每个点状局部图岩石变形前、后点的位移大小和方向，得出岩石受力形变的方向及形变量的大小，分析岩石受力的位置和形变传导的变化规律，完成对岩石区域形变的测量。
6.根据权利要求4所述的一种测量岩石区域形变的方法，其特征在于:均匀布满点的纸上点与点之间的间距为竖向3?1mm,横向3?10mm。
7.根据权利要求1所述的一种测量岩石区域形变的方法，其特征在于步骤4)为:使岩样受力产生形变，用摄像机进行实时摄影，拍下岩石变形后纸上的网格或点的分布情况随时间的变化过程，用计算机软件进行所需时刻图片的截取。
【文档编号】G01B11/16GK104315989SQ201410604263
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】刘杰, 邱浩峰, 何雨, 苑腾飞 申请人:三峡大学