[发明专利]岩石裂纹尖端塑性区计量方法及系统

说明书

本发明提供了一种岩石裂纹尖端塑性区计量方法及系统，所述方法包含：将预制的人工裂缝试件放置于单轴试验机上加载，并获得加载过程中所述人工裂缝试件的热反应区域的变化图像数据及加载数据；根据所述变化图像数据和所述加载数据在同一时间轴上的变化情况，获得裂纹尖端的热反应区尺寸；将所述热反应区尺寸与通过预设模型计算获得的裂纹尖端塑性区尺寸比较，根据比较结果获得岩石裂纹尖端塑性区计量模型；通过所述岩石裂纹尖端塑性区计量模型与待测裂缝试件的相关数据，计算获得待测裂缝试件的塑性区尺寸。

技术领域

本发明涉及岩土工程及岩石力学领域，尤指一种岩石裂纹尖端塑性区计量方法及系统。

背景技术

自二战以来，断裂力学逐渐发展起来。而岩石作为大自然最常见的固体材料，其断裂特性一直被广泛研究。针对于裂缝尖端的塑性区，前人提出了两个观点，分别是Irwin模型和D-B模型，但这都是理论层面上，并没有从实际观测到裂缝尖端的塑性区，因而对其的认识始终是感性的。因此，研究一种实际的观测手段，对于裂纹尖端塑性区的认识会有较大提高，对于实验室研究和工程实际都具有重要意义。

岩石在加载过程中，其塑性区会随着加载力的变大而变大。岩石从弹性阶段进入塑性阶段会积蓄能量，外力做功，在塑性区范围内势必会有能量的产生和耗散。而这些能量会以不同的形式向外传播，比如声和热；该些能量并未被现有技术有效利用，予以判断分析岩石裂纹尖端塑性区尺寸。

发明内容

本发明目的在于通过观察裂纹尖端区域能量的变化，来观察塑性区的范围，利用观察到的塑形区范围调整现有理论的应用缺陷，提高岩石裂纹尖端塑性区计量的精准性。

为达上述目的，本发明所提供的岩石裂纹尖端塑性区计量方法，具体包含：将预制的人工裂缝试件放置于单轴试验机上加载，并获得加载过程中所述人工裂缝试件的热反应区域的变化图像数据及加载数据；根据所述变化图像数据和所述加载数据在同一时间轴上的变化情况，获得裂纹尖端的热反应区尺寸；将所述热反应区尺寸与通过预设模型计算获得的裂纹尖端塑性区尺寸比较，根据比较结果获得岩石裂纹尖端塑性区计量模型；通过所述岩石裂纹尖端塑性区计量模型与待测裂缝试件的相关数据，计算获得待测裂缝试件的塑性区。

在上述岩石裂纹尖端塑性区计量方法中，优选的，获得加载过程中所述人工裂缝试件的变化图像数据包含：通过红外摄像仪监测所述人工裂缝试件在加载过程中的图像数据；通过颜色处理所述图像数据获得裂纹尖端出现热反应的区域；根据所述热反应的区域获得变化图像数据。

在上述岩石裂纹尖端塑性区计量方法中，优选的，根据所述热反应的区域获得变化图像数据包含：根据时间与所述热反应的区域变化的对应关系得到随时间变化的裂纹尖端热反应区变化图；根据所述随时间变化的裂纹尖端热反应区变化图获得变化图像数据。

在上述岩石裂纹尖端塑性区计量方法中，优选的，获得加载过程中所述人工裂缝试件的加载数据包含：获得所述人工裂缝试件在加载过程中的应力与应变曲线，根据应力与应变曲线和时间之间的关系，获得应力与时间曲线。

在上述岩石裂纹尖端塑性区计量方法中，优选的，所述获得所述人工裂缝试件在加载过程中的应力与应变曲线包含三个加载区间；所述加载区间包含裂缝闭合区间，裂缝起裂与稳定扩展区间，裂纹加速扩展区间。

在上述岩石裂纹尖端塑性区计量方法中，优选的，将预制的人工裂缝试件放置于单轴试验机上加载包含：以0.02mm/min的轴向位移速度将所述预制的人工裂缝试件放置于单轴试验机上加载。

在上述岩石裂纹尖端塑性区计量方法中，优选的，所述预设模型包含Irwin模型和D-B模型。