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钻孔图像中岩石结构面三维形貌特征及优势抗滑方向研究

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岩土力学 2020年第S01期41卷 290-298页

作者：邹先坚王益腾王川婴中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

岩石结构面形貌特征及其力学性质一直是国内外岩石力学及工程地质领域的重要科学问题。用钻孔图像准确地记录钻孔孔壁信息和原位岩体结构面形貌特征,提出一种钻孔图像结构面轮廓线分析提取方法,开展岩石结构面三维形貌特征及其力学性质... 详细信息

岩石结构面形貌特征及其力学性质一直是国内外岩石力学及工程地质领域的重要科学问题。用钻孔图像准确地记录钻孔孔壁信息和原位岩体结构面形貌特征,提出一种钻孔图像结构面轮廓线分析提取方法,开展岩石结构面三维形貌特征及其力学性质的研究。针对钻孔图像中岩石结构面轮廓线的独特性,经过轮廓线信息提取、坐标转换、环状信息分析和采样方式处理等步骤,准确地还原孔内原位岩石结构面形貌特征,再利用各段轮廓线的分形维数描述岩石结构面的粗糙度和各向异性特征,判定岩石结构面的优势抗滑方向和对评估结构面的抗剪强度进行补充说明。结果表明,在钻孔图像中通过分析变换后的结构面轮廓线,能够很好地反映出孔内岩石结构面的三维形貌特征,可以用来解决实际工程应用中岩石结构面优势抗滑方向的判定问题和结构面抗剪强度的估算问题。

关键词：钻孔图像岩石结构面分形维数优势抗滑方向抗剪强度

空间坐标系下地下岩体结构面数学描述方法初探

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岩土力学 2016年第S2期37卷 410-414页

作者：韩增强王川婴施华堂丁刚胡胜王益腾中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

钻孔摄像技术能够采集到大量地下岩体内的结构面数据,分析其数据有助于进一步揭示结构面的空间分布规律和组合关系。针对钻孔内获得的结构面几何参数的特殊性,提出了综合倾角、倾向和位置深度等参数的特征点描述方法,在局部坐标系下对... 详细信息

钻孔摄像技术能够采集到大量地下岩体内的结构面数据,分析其数据有助于进一步揭示结构面的空间分布规律和组合关系。针对钻孔内获得的结构面几何参数的特殊性,提出了综合倾角、倾向和位置深度等参数的特征点描述方法,在局部坐标系下对结构面特征点的描述方法及计算过程进行了阐述,推导出了结构面几何参数与特征点坐标之间的转换公式,在全局坐标系下对特征点坐标进行了归一化处理,最后对空间坐标系下特征点的分布规律进行了探索。研究结果表明,(1)空间坐标系下的结构面特征点是结构面几何参数和空间位置的综合反映;(2)特征点在空间的分布反映了结构面的空间组合关系。为结构面的统计分析提供新的思路和方法,有助于开展结构面的空间分布规律和交切关系研究,对钻孔摄像技术的发展和以结构面几何特征为基础的岩体稳定性评价起到积极的推动作用。

关键词：钻孔摄像地下岩体结构面结构面特征点岩体稳定性

基于钻孔摄像技术的孔壁剖面线形貌特征描述方法及其应用研究

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岩石力学与工程学报 2020年第S02期39卷 3412-3420页

作者：王益腾王川婴邹先坚韩增强王超胡胜中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

在岩体工程性质勘察过程中,获取精细岩体结构面性质对工程的合理设计、预防施工过程中的地质灾害有着重要意义。为了获取深部岩体结构面的形貌特征,针对在钻孔中观察到的环形结构面剖面线,开展基于数字钻孔摄像技术的孔壁剖面线形貌特... 详细信息

在岩体工程性质勘察过程中,获取精细岩体结构面性质对工程的合理设计、预防施工过程中的地质灾害有着重要意义。为了获取深部岩体结构面的形貌特征,针对在钻孔中观察到的环形结构面剖面线,开展基于数字钻孔摄像技术的孔壁剖面线形貌特征研究,提出一种孔壁剖面线形貌特征描述方法。该方法首先以钻孔的孔壁平面展开图为基础数据,采用数字图像处理技术从孔壁平面展开图中提取出结构面剖面线,分析孔壁上岩体结构面产状等基本信息;然后,通过计算并统计各个方向上剖面线的形貌特征参数,以其分布规律来描述结构面的形貌特征;最后,根据结构面形貌特征参数的分布规律,判断结构面的力学特性,形成粗糙度系数玫瑰图。结果表明该描述方法能够很好的表现出孔内结构面粗糙度的各向异性特征,解决了深部岩体结构面形貌特征难以获取的难题。

关键词：岩石力学数字钻孔摄像技术结构面形貌特征节理粗糙度系数(JRC) 各向异性原位测量

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钻孔图像特征分析与结构面区域划分方法

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2018年第1期51卷 88-94页

作者：邹先坚王川婴韩增强汪进超王益腾中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071 武汉大学电子信息学院武汉430072

数字式全景钻孔摄像系统在实践钻探工程中获得了大量的高精度钻孔图像,这些钻孔图像数据往往需要人为进行分段处理和信息加工预处理,工作量大并且具有盲目性.针对该问题,本文进行了钻孔图像特性分析,并提出了一种对钻孔图像进行结构面... 详细信息

数字式全景钻孔摄像系统在实践钻探工程中获得了大量的高精度钻孔图像,这些钻孔图像数据往往需要人为进行分段处理和信息加工预处理,工作量大并且具有盲目性.针对该问题,本文进行了钻孔图像特性分析,并提出了一种对钻孔图像进行结构面区域划分的方法.该方法利用井壁中岩体结构成像灰度梯度纵向投影的极值特征来组成新的合成信号和便于计算机处理的区域划分信号,从而实现了钻孔图像的区域划分以及结构面产状范围的初步限定.该方法能够连续快速地对整个钻孔图像内所有的结构面进行区域划分,无需人为干预,为结构面的全自动识别与参数提取奠定了基础,也为深孔钻井工程中图像数据的分块处理提供了一种有效的解决方案.

关键词：钻孔图像结构面区域划分纵向投影灰度梯度

基于孔内立体像对成像的地应力方向测量方法研究

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工程科学与技术 2018年第1期50卷 71-78页

作者：邹先坚王川婴韩增强汪进超王益腾中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

深部岩体地应力的测量对岩土力学与工程地质具有重要的意义。由于传统的地应力测试过程较为复杂,在深孔中更是难以实现,因此本文提出一种利用全景立体钻孔成像技术和受力状态下钻孔形态特征快速、有效、准确地确定地应力方向的测量方法... 详细信息

深部岩体地应力的测量对岩土力学与工程地质具有重要的意义。由于传统的地应力测试过程较为复杂,在深孔中更是难以实现,因此本文提出一种利用全景立体钻孔成像技术和受力状态下钻孔形态特征快速、有效、准确地确定地应力方向的测量方法。该方法利用基于双锥镜成像原理的全景立体钻孔成像技术获得钻孔孔壁同一位置不同视角的两幅立体像对图像,通过对像对图像构建钻孔孔径形态数值以刻画钻孔孔壁的几何形态特征。根据地应力的作用下圆形钻孔孔壁变成椭圆形孔壁,进而推导出圆形孔壁变成椭圆之后的标准椭圆方程,并建立椭圆形态参数与地应力方向的关系。据此,结合全景立体钻孔成像技术获得钻孔孔壁的几何形态(椭圆形孔径),计算出椭圆长轴与坐标轴的方向,进而测得孔内的地应力方向。最后利用标准模型进行模拟测试。结果表明该方法测量的钻孔几何形态与实际的应力方向保持一致,验证了该方法的正确性和可靠性。该方法应用了最新的钻孔成像技术,在不依赖岩体物性参数的前提下,实现了基于钻孔形态的地应力方向的直接获取,为深部岩体地应力的测量提供一种新的途径和测试方法。

关键词：地应力方向立体像对成像椭圆方程钻孔形态孔径变化

基于像素空间信息的孔内低照度图像孔隙结构量化方法研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S01期43卷 3175-3186页

作者：汪进超韩增强王益腾王超张国华中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074

鉴于目前井下复杂环境状态下,低反射特性岩壁上孔隙结构原位探测过程中往往存在的图像清晰度不够以及定量表征不准确等技术难题,提出一种基于像素空间信息的孔内低照度图像孔隙结构量化方法,通过同步利用孔壁图像和点云数据,得到非标准... 详细信息

鉴于目前井下复杂环境状态下,低反射特性岩壁上孔隙结构原位探测过程中往往存在的图像清晰度不够以及定量表征不准确等技术难题,提出一种基于像素空间信息的孔内低照度图像孔隙结构量化方法,通过同步利用孔壁图像和点云数据,得到非标准圆柱钻孔形态的孔壁像素空间特征信息,实现复杂地质条件下低反射特性岩层的孔隙结构定量化过程。首先,基于实际钻孔环境及测试过程中容易形成的具有纹理明暗交替现象的低照度孔壁图像特征,构建符合实际测孔状态的孔壁偏心图像校正模型,形成能够有效削弱孔壁纹理明暗现象的余弦明暗纹理抑制函数;随后,提出一种基于细节特征加权融合的低照度孔壁图像增强算法,增强低照度孔壁图像的纹理信息;最后,融合像素空间单元格的划分和像素空间点水平与垂直尺度的计算,形成利用像素空间信息的孔隙结构量化方法。同时,结合实际案例分析,验证该方法的正确性与优越性。结果表明,该方法能够得到非标准圆柱钻孔形态的孔壁像素空间特征信息,可以为复杂地质条件下低反射特性岩层的孔隙结构原位探测提供一种新的技术方法与手段。

关键词：岩石力学孔隙结构图像处理定量表征像素空间低照度图像

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触头式显微光学孔径变形测量系统研究

岩石力学与工程学报 2018年第A02期37卷 4274-4282页

作者：王川婴王益腾韩增强汪进超胡胜邹先坚中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 中国科学院武汉岩土力学研究所

随着深部地下空间开发以及深部能源开采的发展,深部岩体地应力测试技术越来越受到重视,深部岩体高温高压的测试环境是制约该技术发展的关键。提出一种触头式显微光学孔径变形测量方法,并研制相应的测量装置。该装置采用多组刚性触针的... 详细信息

随着深部地下空间开发以及深部能源开采的发展,深部岩体地应力测试技术越来越受到重视,深部岩体高温高压的测试环境是制约该技术发展的关键。提出一种触头式显微光学孔径变形测量方法,并研制相应的测量装置。该装置采用多组刚性触针的结构设计,触头部位感知孔壁变形并通过触针尖端进行反映,利用显微光学成像技术,采集触针尖端变化影像并识别变化量值,通过多组对称布设的触针实现孔径变形测量,避免了应变片式传感器易受高温影响的问题,变形感知部件与数据采集部件独立封装,既保护了核心元件,又有利于系统耐温耐压的设计。进一步利用该系统的功能特点,实现了钻孔形态测量,突破了长期以来仅能测量孔径变形的固定思维模式,为基于钻孔形态的地应力测量方法奠定了基础。通过室内试验,验证了系统原理的可行性、结构设计的合理性和测量结果的准确性。该系统研制为深孔地应力测量提供了新的思路和方法。

关键词：岩石力学孔径变形显微光学地应力测量钻孔形态多触头测量

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孔壁钻孔图像的结构面参数提取方法研究

岩土力学 2017年第10期38卷 3074-3080页

作者：汪进超王川婴胡胜韩增强王益腾中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

为了提升岩体结构面参数提取的自动化程度以及准确性,结合钻孔图像中岩体结构面的特性,开展了适用于结构面图像预处理和结构面参数提取的方法研究。首先,采用自适应中值滤波法对钻孔图像进行去噪处理,通过对梯度算子法和最大类间方差法... 详细信息

为了提升岩体结构面参数提取的自动化程度以及准确性,结合钻孔图像中岩体结构面的特性,开展了适用于结构面图像预处理和结构面参数提取的方法研究。首先,采用自适应中值滤波法对钻孔图像进行去噪处理,通过对梯度算子法和最大类间方差法的图像分割进行比较,提出了更适用于实际钻孔图像分割的改进方差法,即结合梯度算子与最大类间方差法;然后对分割后的图像进行Canny算子边缘检测;最后,通过多项式曲线拟合获得结构面的正弦曲线,从而计算出岩体结构面的参数——倾向、倾角和隙宽。通过将提取方法与传统的手动识别结果进行对比,其结果表明:提取方法获取的参数较为精确。从而证明了该结构面参数提取方法具有可行性和准确性,且提取效率高于传统的手动识别。

关键词：钻孔摄像钻孔图像结构面提取产状隙宽

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全景钻孔图像中结构面全自动识别方法研究

岩石力学与工程学报 2017年第8期36卷 1910-1920页

作者：邹先坚王川婴韩增强汪进超王益腾宋欢中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 武汉大学电子信息学院湖北武汉430072

数字全景钻孔摄像技术在实际工程上得到了广泛的应用,获得大量的高精度实测钻孔图像。这些钻孔图像准确记录了地质特征信息,特别是结构面的几何形态特征。然而,这些特征信息的获取通常是由人工完成的,工作量大,人为因素较多。针对该问题... 详细信息

数字全景钻孔摄像技术在实际工程上得到了广泛的应用,获得大量的高精度实测钻孔图像。这些钻孔图像准确记录了地质特征信息,特别是结构面的几何形态特征。然而,这些特征信息的获取通常是由人工完成的,工作量大,人为因素较多。针对该问题,提出一种针对全景钻孔图像的结构面全自动识别方法。该方法首先提出用图像灰度梯度合成信号在钻孔深度方向的投影的方法来划分结构面所在区域及其产状范围;然后提出用标准模板正弦函数迭代匹配结构面特征量的方法来搜寻区域内结构面的所有可能正弦曲线,并从中筛选出最优的正弦曲线作为结构面的特征曲线;最后结合区域划分和模板函数匹配的结果,分析特征曲线参数,并进行再匹配和转换,最终得到工程所需的结构面位置、倾向、倾角和隙宽等参数,从而实现钻孔图像结构面的全自动识别。结果表明该方法能够连续快速地全自动识别整个钻孔图像内的结构面,并获得对应的高精度几何参数,算法稳定可靠、结构面识别率高。与传统方法相比,该方法首次实现了整个钻孔图像中结构面的全自动识别与几何参数提取,极大地提高了工作效率,为钻孔图像的后期处理与信息获取提供一种实际可行的有效方法。

关键词：岩石力学钻孔图像结构面全自动识别模板函数参数提取