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基于CT图像三值分割的冻结岩石水冰含量及损伤特性分析

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采矿与安全工程学报 2016年第6期33卷 1130-1137页

作者：刘慧杨更社叶万军申艳军张慧梅唐丽云西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 西安科技大学理学院陕西西安710054

冻结岩石未冻水和冰含量及损伤特性随温度的变化规律是研究冻结法施工的矿井建设等工程安全稳定的重要问题之一。开展负温下饱水岩石CT扫描实验,获得了0,-2,-5,-10,-20,-30℃下的CT扫描图像。将最大类间方差法与遗传算法相结合,实现了... 详细信息

冻结岩石未冻水和冰含量及损伤特性随温度的变化规律是研究冻结法施工的矿井建设等工程安全稳定的重要问题之一。开展负温下饱水岩石CT扫描实验,获得了0,-2,-5,-10,-20,-30℃下的CT扫描图像。将最大类间方差法与遗传算法相结合,实现了冻结岩石水、冰、岩三相介质的识别及其含量的数字表述。推导出冻结岩石未冻水、冰含量与温度间的理论关系式,并探讨了冰含量和温度梯度对冻结岩石损伤特性的影响规律。结果表明:温度是引起水冰含量及分布状态变化的关键影响因素,岩石的初始损伤和温度的共同作用决定岩石冻结损伤大小。0^-5℃是冻结损伤演化起始和急剧增大阶段,-5^-10℃是冻结损伤发展阶段,-20^-30℃是冻结损伤趋于稳定阶段。将CT图像三值化处理技术与冻结岩石损伤理论相结合的方法,为冻结岩石水冰含量及宏-细观损伤特性的定量研究提供了新的研究思路。

关键词：冻结岩石 CT图像三值分割未冻水含量损伤

基于CT图像的冻结岩石冰含量及损伤特性分析

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地下空间与工程学报 2016年第4期12卷 912-919页

作者：刘慧杨更社叶万军申艳军唐丽云西安科技大学建筑与土木工程学院西安710054

冻结岩石中冰含量对其热力学及损伤特性有重要影响,研究岩石冻结过程中冰含量随温度的变化规律可以为冻结岩石工程的安全稳定性评价提供科学依据。运用CT识别技术,进行不同温度梯度下冻结岩石的CT扫描实验,获得20℃、-2℃、-5℃、-10℃... 详细信息

冻结岩石中冰含量对其热力学及损伤特性有重要影响,研究岩石冻结过程中冰含量随温度的变化规律可以为冻结岩石工程的安全稳定性评价提供科学依据。运用CT识别技术,进行不同温度梯度下冻结岩石的CT扫描实验,获得20℃、-2℃、-5℃、-10℃、-20℃、-30℃下岩石的CT扫描图像,实现了冻结岩石CT图像的伪彩色增强和直方图分析,完成了冻结岩石冰含量及损伤信息的数字表述,对冰含量随温度的变化规律进行定量分析。依据损伤力学理论,定义以冰含量表示的冻结损伤变量,探讨了未冻水含量和温度梯度对冻结岩石损伤特性的影响规律。研究结果表明:(-2℃,-5℃)是水冰剧烈相变的温度区间,冻结损伤演化起始和急剧增大阶段;(-5℃,-10℃)是冻结损伤发展阶段;(-20℃,-30℃)是冻结损伤趋于稳定的温度区间。所定义的冻结损伤变量能够描述温度降低过程中岩石损伤的演化过程,基于冻结岩石CT图像伪彩色增强的冻结岩石损伤演化的定量分析为冻结岩石工程的稳定性研究提供了新的思路和方法。

关键词：冻结岩石 CT图像伪彩色增强冰含量损伤温度梯度

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三向受力条件下冻结岩石力学特性试验研究

岩石力学与工程学报 2010年第3期29卷 459-464页

作者：杨更社奚家米李慧军程磊西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054

随着寒区或特殊施工环境条件下基础设施建设的需要,越来越有必要对冻结岩石力学问题进行深入的研究。以陕西彬长矿区胡家河煤矿冻结立井为背景,从现场采集的煤岩和砂岩为代表,进行常温(+20℃)和不同冻结温度(-5℃,-10℃,-20℃)条件下的... 详细信息

随着寒区或特殊施工环境条件下基础设施建设的需要,越来越有必要对冻结岩石力学问题进行深入的研究。以陕西彬长矿区胡家河煤矿冻结立井为背景,从现场采集的煤岩和砂岩为代表,进行常温(+20℃)和不同冻结温度(-5℃,-10℃,-20℃)条件下的岩石在不同围压下的三轴压缩试验。分别探讨了围压对于冻结岩石三轴强度特性的影响和冻结温度对于冻结岩石三轴强度特性的影响规律,分析煤岩及砂岩在相同围压不同温度条件下及相同温度不同围压条件下的强度特性,并对2种岩样冻结温度的同一性和差异性进行比较研究。煤岩和砂岩在冻结的效应方面有着明显的差异性,主要原因是其岩石内部结构性的差异。富水砂岩冻结后对温度的敏感程度要高于煤岩。强度随温度降低而增大的主要原因是温度降低时,岩石冻结时的矿物收缩和冰本身的强度及冻胀力使得富水冻结岩石的峰值强度得到提高。为低温条件下岩石力学特性和煤矿冻结立井设计施工提供参考。

关键词：岩石力学冻结岩石三向受力力学特性试验研究

低温冻结状态下岩石的变形特性及力学行为研究

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兰州理工大学学报 2022年第2期48卷 21-27页

作者：席新林中铁第一勘察设计院集团有限公司甘肃兰州730000

为研究冻土地区不同含水状态下冻结岩石的力学行为,对凝灰岩和玄武岩冻土试件进行了常温20℃和低温-20℃下的单轴压缩试验和巴西劈裂试验.通过观察其变形行为和声发射活动,研究了其断裂破坏过程以及饱水率对材料强度和变形性能的影响.... 详细信息

为研究冻土地区不同含水状态下冻结岩石的力学行为,对凝灰岩和玄武岩冻土试件进行了常温20℃和低温-20℃下的单轴压缩试验和巴西劈裂试验.通过观察其变形行为和声发射活动,研究了其断裂破坏过程以及饱水率对材料强度和变形性能的影响.结果表明,冻结岩石的破裂过程分为以下几个阶段:Ⅰ阶段为裂纹气孔闭合;Ⅱ阶段为弹性变形;Ⅲ阶段为裂缝起裂与稳定裂缝扩展;Ⅳ阶段为裂缝不稳定扩展.同时,Ⅲ阶段开始处的应力水平随着饱水率的增加而增加.峰值应力强度和应变均随着饱水率的增加而增加,它们之间的关系可以用直线来近似表示.岩石脆性度随饱水率的增加而降低,间接抗拉强度对饱水率的影响比单轴抗压强度更敏感.

关键词：冻结岩石饱水率抗压强度抗拉强度变形声发射破坏过程

基于CT图像直方图技术的冻结岩石未冻水含量及损伤特性分析

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冰川冻土 2015年第6期37卷 1591-1598页

作者：刘慧杨更社叶万军申艳军西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054

未冻水含量是影响岩石低温冻结过程中热力学性质的重要因素,是冻土科学研究中的重要问题.采用CT无损识别技术进行不同温度梯度下岩石CT扫描实验,获得了20℃、-2℃、-5℃、-10℃、-20℃、-30℃下岩石的CT扫描图像.以数字图像处理理论为依... 详细信息

未冻水含量是影响岩石低温冻结过程中热力学性质的重要因素,是冻土科学研究中的重要问题.采用CT无损识别技术进行不同温度梯度下岩石CT扫描实验,获得了20℃、-2℃、-5℃、-10℃、-20℃、-30℃下岩石的CT扫描图像.以数字图像处理理论为依据,运用CT图像直方图技术进行不同温度梯度下冻结岩石CT图像解析,完成了冻结岩石未冻水含量及损伤信息的定量分析.研究结果表明:-2^-5℃是岩石内未冻水含量急剧减小的温度区间;当温度降到-10℃时,岩石内未冻水全部冻结成冰.根据CT数直方图峰形形状可判别低温环境下冻结岩石的损伤大小及分布均匀性.论文所提出的冻结岩石CT图像直方图技术为定量分析不同温度梯度下冻结岩石未冻水含量、损伤扩展随温度的变化规律提供了新的方法和思路.

关键词：冻结岩石 CT图像直方图未冻水损伤

裂隙(孔隙)水冻结过程中岩石细观结构变化的实验研究

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岩石力学与工程学报 2016年第12期35卷 2516-2524页

作者：刘慧杨更社贾海梁叶万军魏尧奚家米申艳军张慧梅西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 西安科技大学理学院陕西西安710054

研究岩石在低温冻结过程中细观结构的变化和孔隙(裂隙)水的冻结过程,对于深化认识冻结岩石的力学及损伤特性具有重要意义。通过开展不同冻结温度下岩石细观结构CT扫描实验,获得了岩样在20℃,-2℃,-5℃,-10℃,-20℃,-30℃时细观结构的CT... 详细信息

研究岩石在低温冻结过程中细观结构的变化和孔隙(裂隙)水的冻结过程,对于深化认识冻结岩石的力学及损伤特性具有重要意义。通过开展不同冻结温度下岩石细观结构CT扫描实验,获得了岩样在20℃,-2℃,-5℃,-10℃,-20℃,-30℃时细观结构的CT图像。采用Canny算子对冻结岩石CT图像进行边缘检测,完成了冻结过程中岩石二维细观结构的识别。基于体视学理论,提出表征冻结岩石细观结构特征参数的计算公式,分析了孔隙(裂隙)水冻结过程中岩石细观结构的变化,实现了冻结过程中岩样不同截面裂隙(孔隙)的长度、宽度、面积及圆形度等参数变化规律的定量分析。分析结果表明:在0℃^-2℃区间,岩样扫描层面内裂隙(孔隙)的长度、宽度、面积快速增加,这一阶段为宏观裂隙中体积水结冰阶段,裂隙(孔隙)的扩张由体积膨胀机制引起;在-2℃^-5℃区间,裂隙(孔隙)的扩张速率明显降低,该阶段为细观(部分微观)裂隙(孔隙)中水的结冰过程;在-5℃^-20℃区间,裂隙(孔隙)的扩张速率又开始增加,但低于0℃^-2℃区间的增加速率,该阶段为微观裂隙(孔隙)中的水向冰晶体迁移阶段,由分凝冰机制引起裂隙的扩张。

关键词：岩石力学冻结岩石温度梯度 CT图像细观结构

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冻结岩石细观结构及温度场数值模拟研究

地下空间与工程学报 2007年第6期3卷 1127-1132页

作者：刘慧杨更社田俊锋徐江西安科技大学建筑与土木工程学院西安710054

冻结岩石是一种内部结构及其复杂的岩土工程材料,热学特性与其细观结构密不可分。随着计算机技术的飞速发展,数字图像处理技术已经越来越多地应用于岩土工程领域。利用数字图像处理技术建立冻结岩石的细观结构模型,精确地描述页岩内部... 详细信息

冻结岩石是一种内部结构及其复杂的岩土工程材料,热学特性与其细观结构密不可分。随着计算机技术的飞速发展,数字图像处理技术已经越来越多地应用于岩土工程领域。利用数字图像处理技术建立冻结岩石的细观结构模型,精确地描述页岩内部的空间结构及细观介质分布的几何形态。利用几何矢量转换技术,将细观结构模型转换为有限元物理模型,分析了负温条件下非均质冻结岩石冻融循环过程中的温度场分布规律。数值模拟结果表明:岩石的细观结构决定了冻融岩石温度场的分布形态,对岩石冻融损伤破坏过程产生不可忽视的影响。文章所提出的方法可实现考虑冻融岩石细观结构的冻土热、力学特性的定量分析。

关键词：冻结岩石细观结构数字图像处理 CT图像温度场有限元法

泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层冻结岩石物理力学性能试验研究

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中国煤炭 2015年第10期41卷 56-59,86页

作者：亓燕秋王宗金陈军浩中煤特殊凿井有限责任公司安徽省合肥市230001 福建工程学院福建省福州市350118

进行了泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层的冻结岩土物理力学性能试验,并与两淮地区冻结岩土数据及相关材料试验数据进行横向比较,得出了泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层的冻结岩土工程参数特性。对今后在白垩系、侏罗系地层冻结法凿井的设计... 详细信息

进行了泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层的冻结岩土物理力学性能试验,并与两淮地区冻结岩土数据及相关材料试验数据进行横向比较,得出了泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层的冻结岩土工程参数特性。对今后在白垩系、侏罗系地层冻结法凿井的设计及施工有着较为重要的参考价值。

关键词：白垩系侏罗系冻结岩石物理力学性能泊江海孜矿

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哈密三条湖矿副井冻结岩石物理力学特性试验

湖南文理学院学报（自然科学版） 2018年第3期30卷 60-63,73页

作者：黄益顺曹广勇安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601

冻结岩石的力学特性是矿井冻结壁设计关键参数,通过试验研究国投哈密三条湖一矿副立井冻结岩石的物理力学特性,得到了矿井不同深度岩层冻结状态下(-5,-10,-15℃)的导热系数、比热容及冻结温度相关热物理参数和低温状态下岩石单轴抗压强... 详细信息

冻结岩石的力学特性是矿井冻结壁设计关键参数,通过试验研究国投哈密三条湖一矿副立井冻结岩石的物理力学特性,得到了矿井不同深度岩层冻结状态下(-5,-10,-15℃)的导热系数、比热容及冻结温度相关热物理参数和低温状态下岩石单轴抗压强度、弹性模量、单轴蠕变等参数;并对比分析了岩石低温状态下的物理力学特性,所得结果可为该地区冻结井筒冻结壁和井壁设计提供参考。

关键词：冻结岩石力学特性实验研究冻结壁