技术特征：
1.一种基于像素单元能级划分的砂岩裂纹路径预测方法，包括以下步骤：步骤1、选定待预测的砂岩块体，制作具有一定尺寸的圆柱形砂岩标准试件，在砂岩加载状态下，利用x-射线成像设备获取试件加载状态下的分层图像，离散砂岩分层图像生成2d标量矩阵；其特征是：步骤2、输入生成的2d标量矩阵，计算砂岩潜在裂纹相、孔隙相和固体基质相区间分割阈值，并按照分割阈值划分它们的像素单元区间；步骤3、采用任意大小扫描模板确定砂岩试件预测区域，确定对应区域像素网格模型，建立对应的能级节点单元；步骤4、建立裂纹路径能量法则：确立能级节点单元边界和能量消散函数，运用最优化原理寻找预测区域中的潜在裂纹路径；步骤5、通过探测区域划分和区域成像扫描，初步定位首位检测点和末位检测点，利用步骤4建立的裂纹路径能量法则，准确预测受力状态下砂岩潜在的裂纹路径；多次重复上述操作，获得砂岩潜在裂纹路径或区域。2.根据权利要求1所述的砂岩裂纹路径预测方法，其特征是，在步骤1中，所述2d标量矩阵的表达式为：式中，i
dm
为包含砂岩几何拓扑结构特征的2d离散数字化矩阵；f为数字化矩阵体素单元；gl为矩阵单元强度值，它由像素灰度值gi决定，x、y为成像坐标系中在x轴和y轴方向的坐标，n为矩阵维度。3.根据权利要求2所述的砂岩裂纹路径预测方法，其特征是，在步骤2中，所述分割阈值的表达式为：的表达式为：的表达式为：的表达式为：的表达式为：
式中，t
c
为裂纹相阈值；t
p
为孔隙相阈值；ξ
f
→
max
为最大值算符；λ
abs
为绝对值算符；c
coun
为数量统计算符，d为方差；为像素单元强度平均值；0
→
t
c
为裂纹相阈值划分的第一类像素单元强度区间；t
c
→
255为裂纹相阈值划分的第二类像素单元强度区间；为孔隙相阈值划分的剔除掉裂纹单元之后的第一类像素单元；为孔隙相阈值划分的剔除掉裂纹单元之后的第二类像素单元。4.根据权利要求3所述的砂岩裂纹路径预测方法，其特征是，在步骤3中，所述能级节点单元的赋值为：式中：为能级单元网格模型，e
l
为能级节点单元。|
f
为能级节点单元对应的强度；f
→
l为由像素单元转为能级节点单元示意符号；l为能级节点单元标签符号；n为矩阵维度。5.根据权利要求4所述的砂岩裂纹路径预测方法，其特征是，在步骤4中，所述能级节点单元边界为：单元边界为：式中，e
wb
为局部能量节点单元边界区域矩阵，为表征能级边界的单元；e
l
为能级节点单元；为能级边界内的节点单元；为能级边界外的节点单元。6.根据权利要求5所述的砂岩裂纹路径预测方法，其特征是，在步骤4中，所述能量消散函数为：函数为：函数为：式中，φ为能量消散函数；d
d
为能极差函数，该能级差是指经过能级系数修正后的单位长度能级变化值；p为能量等级函数，用于区分各相边界单元；为能级节点单元的闭合路径；x
i
,y
i
→
x
m
,y
m
为标为x
i
,y
i
和x
m
,y
m
的能级节点单元的路径、x
m
,y
m
为任意一个能级节点单
元m在x轴和y轴的坐标值，ε为能级差修正系数。7.根据权利要求6所述的砂岩裂纹路径预测方法，其特征是，在步骤4中，运用最优化原理寻找预测区域中的潜在裂纹路径的过程为：φ
optimality
＝q
search
{ξ
→
min
[φ(x,y)]}式中，φ
optimality
为潜在裂纹所经过的能量路径；q
search
为搜寻算符；ξ
→
min
为最小值计算算符；选定局部预测区域，输入任意预测区域网格单元模型，根据上述最优化和能量耗散法则求解计算，得到预测区域局部最优潜在裂纹路径为：式中：e
wb
为局部能量节点单元边界区域矩阵；γ为裂纹路径区域矩阵。
技术总结
本发明公开了一种基于像素单元能级划分的砂岩裂纹路径预测方法，它包括输入2D砂岩标量矩阵，计算分割裂纹、孔隙和固体基质像素单元区间；确立预测区域能级单节点单元和网格模型，建立裂纹路径能量法则；运用最优化原理和能量耗散法则求解，实现涉及砂岩的深部岩石工程裂纹路径预测。本发明的优点是：应用于深部岩石工程结构安全和地质灾害智能化探测，提高了裂纹预测效率，降低了裂纹路径的预测误差，并大大地节省了经济成本。并大大地节省了经济成本。并大大地节省了经济成本。
技术研发人员：周小平 赵智 周健南 寿云东 孔新立 王鹏 耿汉生
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军工程大学
技术研发日：2022.01.11
技术公布日：2022/6/1