一种描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法技术

本发明专利技术为一种描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法，包括根据采集的岩石参数获取岩石微观颗粒之间的数据；根据所获数据建立黏结模型，将颗粒简化为圆形；建立基于分数阶的黏壶元件的本构关系；根据本构关系建立Kelvin模型，初始化模型参数；获取kelvin模型调整好的弹性模量，建立由弹簧元件与黏壶元件串联的Maxwll模型。本发明专利技术通过建立微观颗粒以及分数阶模型的本构关系，利用3D模型软件360度无死角地对岩石进行信息采集，确保岩石的每条裂缝及每个弯角都被计算机录入，将这些信息作为模型的训练数据，由于考虑了岩石的真实情况，模拟结果更贴近现实情况。模拟结果更贴近现实情况。模拟结果更贴近现实情况。

【技术实现步骤摘要】
一种描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法


[0001]本专利技术属于石油和天然气开采
，具体是一种描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法。

技术介绍

[0002]岩石内部存在形状不一、规模不同、复杂多变的构造，各构造之间相互作用使其，内部产生大量微观和宏观裂隙，其中宏观裂隙是众多微裂隙的集合体，在外荷载作用下岩石内部众多裂纹端部的应力集中现象是引起岩石开裂，致使岩石解体破坏的主要原因。然而在进行岩石问题解决时，现有的方法仍将岩石设为理想的规则岩体，并未考虑其形变以及潜在的裂缝问题，且在描述岩石时大多采用泊松分布，未考虑体积等易变因素，在此基础上进行分析获得的模型本构关系等结果会产生极大的误差。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的方法并未考虑其形变以及潜在的裂缝问题，且在描述岩石时大多采用泊松分布，未考虑体积等易变因素，进行分析获得的模型本构关系等结果会产生极大的误差。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供了一种描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法，所述描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法，包括：
[0007]步骤一，采集岩石的相关参数，根据采集的岩石参数获取岩石微观颗粒之间的数据；
[0008]所述采集岩石的相关参数过程中，通过X射线成像技术，获取岩石的X射线成像，并对X射线成像进行处理；
[0009]其中，X射线成像处理中包括图像分割处理的具体过程为：
[0010]原始图像灰度级为L，灰度为i的像素的个数为n
i
，总像素数为N，各灰度出现的频率为p
i
＝n
i
/N，灰度级用阈值t将灰度划分为两类C0＝{0,
…
,t}，C1＝{t+1,
…
,L
‑
1}；
[0011]判决规则为：
[0012]σ2＝w0(u0‑
u
T
)2+w1(u1‑
u
T
)2＝w0·
w1(u1‑
u0)2；
[0013]阈值为：t
*
＝arg max{σ2}；
[0014]其中，w0为C0出现的概率为：
[0015][0016]w1为C1出现的概率为:
[0017][0018]u0为C0平均灰度为：
[0019][0020]u1为C1平均灰度为：
[0021][0022]步骤二，根据获取的微观颗粒之间的数据建立黏结模型，将颗粒简化为圆形，取圆形颗粒圆心，测量两个圆心之间的距离，根据距离长度建立等效的微观模型；
[0023]步骤三，建立基于分数阶的黏壶元件的本构关系；
[0024]步骤四，根据本构关系建立Kelvin模型，初始化模型参数，代入数据并调节参数，模型由Abel黏壶元件与弹簧元件并联组成；
[0025]步骤五，获取kelvin模型调整好的弹性模量，建立由弹簧元件与黏壶元件串联形成的Maxwll模型；
[0026]步骤六，将调整好参数的Kelvin和Maxwll模型进行物理上的串联。
[0027]进一步，所述步骤一中采集岩石的相关参数是采用3D模型套索，并对岩石信息进行精确到毫米的提取。
[0028]进一步，所述步骤三中建立黏壶元件之间的本构关系公式具体为：
[0029][0030][0031]式中：η为黏性系数，k为常数，Γ(n+1)为n+1的阶乘，ε为应变，σ为应力，d为微分符号；
[0032]进一步，所述步骤四中对Kelvin模型进行初始化参数是随机初始化参数，通过不断进行参数迭代获得最优调节参数，提高模型的最终效果精度。
[0033]进一步，所述将黏壶元件与弹簧元件并联的步骤如下：
[0034]σ
k1
(t)＝E
k
ε
k1
(t)；
[0035][0036]Kelvin模型为：
[0037]σ
k
(t)＝σ
k1
+σ
k2
＝E
k
ε
k1
(t)+kD
n
ε
k2
(t)＝(E
k
+kD
n
)ε
k
(t)；
[0038]式中：Ek为kelvin模型的弹性模量，k为常数。
[0039]进一步，所述步骤六中元件串联时，根据Kelvin模型和Maxwll模型各自调节好的参数可以直接得到分数阶Burgers模型本构关系，具体公式为：
[0040][0041]式中：η为黏性系数，k为常数，ε为应变，σ为应力，E
k
为kelvin体的弹性模量，E
m
为Maxwll体的弹性模量。
[0042]进一步，所述X射线成像处理包括对图像去噪，具体过程为：
[0043]将获取的X射线成像分割成尺寸小的像素片，在选定参考片后，寻找与参考片相似大小的像素片共同组成3D块；
[0044]将3D块进行3D变换，将变换后的3D块进行阈值收缩，再对图像进行3D逆变换；
[0045]将所有3D块进行加权平均后还原到图像中。
[0046]进一步，所述X射线成像处理还包括X射线图像深度处理，具体过程为：
[0047]X射线图像预处理完成后，对图像中的特征进行提取分割；
[0048]图像特征提取分割完成后，对图像中的特征进行匹配和识别。
[0049]进一步，所述对图像中的特征进行提取分割包括：
[0050]获取预处理后的X射线图像，对所述X射线图像进行K
‑
L变换并获取对应的主成分图像；
[0051]采用多尺度多方向形态学梯度算子提取所述主成分图像的边缘特征，生成第一梯度图像；
[0052]提取所述主成分图像中图像对象内部的局部方差纹理特征，获得图像对象标记；
[0053]将所述图像对象标记作为第一梯度图像的局部极小值，形成第二梯度图像，对该第二梯度图像进行分水岭变换并获得图像分割结果。
[0054]本专利技术的另一目的在于提供一种描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法，其特征在于，需要一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法。
[0055]结合上述所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术基于微观颗粒间的数据建立分数阶模型的本构关系，采用3D模型软件360度无死角地对岩石进行信息采集，确保确保岩石的每条裂缝及每个弯角都被计算机录入，将这些信息作为模型的训练数据，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法，其特征在于，所述描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法，包括：步骤一，采集岩石的相关参数，根据采集的岩石参数获取岩石微观颗粒之间的数据；所述采集岩石的相关参数过程中，通过X射线成像技术，获取岩石的X射线成像，并对X射线成像进行处理；其中，X射线成像处理中包括图像分割处理的具体过程为：原始图像灰度级为L，灰度为i的像素的个数为n
i
，总像素数为N，各灰度出现的频率为p
i
＝n
i
/N，灰度级用阈值t将灰度划分为两类C0＝{0,
…
,t}，C1＝{t+1,
…
,L
‑
1}；判决规则为：σ2＝w0(u0‑
u
T
)2+w1(u1‑
u
T
)2＝w0·
w1(u1‑
u0)2；阈值为：t
*
＝arg max{σ2}；其中，w0为C0出现的概率为：w1为C1出现的概率为:u0为C0平均灰度为：u1为C1平均灰度为：步骤二，根据获取的微观颗粒之间的数据建立黏结模型，将颗粒简化为圆形，取圆形颗粒圆心，测量两个圆心之间的距离，根据距离长度建立等效的微观模型；步骤三，建立基于分数阶的黏壶元件的本构关系；步骤四，根据本构关系建立Kelvin模型，初始化模型参数，代入数据并调节参数，模型由Abel黏壶元件与弹簧元件并联组成；步骤五，获取kelvin模型调整好的弹性模量，建立由弹簧元件与黏壶元件串联形成的Maxwll模型；步骤六，将调整好参数的Kelvin和Maxwll模型进行物理上的串联。2.如权利要求1所述的描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法，其特征在于，所述步骤一中采集岩石的相关参数是采用3D模型套索，并对岩石信息进行精确到毫米的提取。3.如权利要求1所述的描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法，其特征在于，所述步骤三中建立黏壶元件之间的本构关系公式具体为：
式中：η为黏性系数，k为常数，Γ(n+1)为n+1的阶乘，ε为应变，σ为应力，d为微分符号。4.如权利要求1所述的描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法，其特征在于，所述步骤四中对Kelvin模型进行初始化参数是随机初始化参数，通过不断进行参数迭代获得最优调节参数，提高模型的最终效果精度。5.如权利要求1所述的描述外载作用下岩体微细观破裂与微裂隙形成的方法，其特征在于，所述将黏壶元件与弹簧元件并联的步骤如下：σ

【专利技术属性】
技术研发人员：张一鸣，王雪雅，李婧，武杰，李赟鹏，杨雪晴，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：