岩石裂纹尖端塑性区计量方法及系统技术方案

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
岩石裂纹尖端塑性区计量方法及系统
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术还提供一种岩石裂纹尖端塑性区计量系统，所述系统包含数据采集模块、热反应区域计算模块、比较模块和计量模块；所述数据采集模块用于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；所述热反应区域计算模块用于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；所述比较模块用于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；所述计量模块用于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系统中，优选的，所述数据采集模块还包含红外摄像单元，所述红外摄像单元用于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系统中，优选的，所述数据采集模块还包含匹配单元，所述匹配单元用于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系统中，优选的，所述数据采集模块还包含建模单元，所述建模单元用于获得所述人工裂缝试件在加载过程中的应力与时间曲线，根据应力与应变曲线，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。本专利技术还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。岩石作为自然界最常见的固体，其裂纹尖端的塑性区往往是研究的重点。在过去的研究中，只是在假设条件下建立理论模型，用近似的方法来消除裂纹尖端的应力奇异性来完成裂纹尖端塑性区的计算。而本专利技术与现有研究方法相比，从现实的角度观察裂纹尖端在加载过程中出现热反应的区域，并由此计算塑性区的大小，并与现有理论进行比较，对现有理论模型进行修正，更直观的认知裂纹尖端过程区，无论是对理论模型还是工程实践都有重要的意义。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1为本专利技术所提供的岩石裂纹尖端塑性区计量方法的流程示意图；图2为本专利技术一实施例所提供的岩石裂纹尖端塑性区计量方法的流程示意图；图3为本专利技术一实施例所提供的岩石裂纹尖端塑性区计量方法的流程示意图；图4为本专利技术所提供的岩石裂纹尖端塑性区计量系统的结构示意图；图5为本专利技术一实施例所提供的岩石裂纹尖端塑性区计量系统的结构示意图；图6为本专利技术一实施例所提供的岩石裂纹尖端塑性区计量系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参考图1所示，本专利技术所提供的岩石裂纹尖端塑性区计量方法，具体包含：S101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；S102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；S103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；S104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。以此，通过测量预制的人工裂缝试件，有效获知其热反应区，根据实际结果调整现有的计量模型，进一步增加岩石裂纹尖端塑性区计量的准确性，降低以往假设条件所带来的计量结果误差情况。其中，所述人工裂缝试件为预置的含人工裂缝的样本试件。在上述实施例中，所述预设模型包含Irwin模型和D-B模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石裂纹尖端塑性区计量方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种岩石裂纹尖端塑性区计量方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的岩石裂纹尖端塑性区计量方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的岩石裂纹尖端塑性区计量方法，其特征在于，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。4.根据权利要求3所述的岩石裂纹尖端塑性区计量方法，其特征在于，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。5.根据权利要求4所述的岩石裂纹尖端塑性区计量方法，其特征在于，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。6.根据权利要求1至5中任一项所述的岩石裂纹尖端塑性区计量方法，其特征在于，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。7.根据权利要求1至5中任一项所述的岩石裂纹尖端塑性区计量方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广清，宁仕文，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11