基于DIC的采场覆岩变形检测试验研究

发布时间：2020-04-10 09:42

【摘要】：煤炭开采引起的上覆岩层变形监控是煤矿安全与绿色开采的重要组成。采动覆岩运移和裂隙发育的定量描述是实现煤炭精准开采的关键科学问题。数字图像相关方法(DIC,即Digital Image Correlation)具有高精度、非接触、实时化等特点,有助于实现大范围和多尺度的岩层变形检测。开展覆岩变形及裂隙发育的数字图像相关方法检测研究,是推动煤炭开采信息化、数字化、可视化的有效途径之一。本文针对采动覆岩变形的数字图像相关方法检测,基于物理模型试验,结合理论分析,对数字图像相关方法的理论、数字图像相关方法检测体系、散斑图案的优化、计算参数的选择和相似模型宏细观变形的检测与表征等问题进行研究。对数字图像相关方法的理论进行了分析。根据理论和试验分析了在相似模型试验过程中运用数字图像相关技术可能出现的误差,在测试系统布置,操作过程,数据分析等方面进行改善,提高了测量精度。进行了相似模拟试验的散斑图案和计算参数的优化研究。针对相似材料模型实验的不同需求,通过对散斑的制作技术、关键参数和图案质量研究。结合试验验证,给出了优质散斑图案的制作方法,解决了标准试件和相似模型表面制作优质散斑的难题。研究DIC计算参数对测量结果的影响机制,综合考虑散斑图案质量以及模型的非均匀变形,提出了子区大小选择的双参数阈值法,并通过试验验证了该方法的有效性。开展了覆岩变形的二维模型试验,研究了岩层宏细观变形的数字图像相关方法检测与表征。揭示岩层宏细观变形的联系和破坏规律,定义了细观尺度上离层裂隙产生的判别标准。从细观角度并结合宏观现象深入研究离层裂隙发育规律,表明裂隙发育长度和应变局部化带长度密切相关,可根据应变局部化带长度快速估计裂隙发育长度,从而预测顶板破坏形态。通过数字图像相关方法获取模型表面应变场,随后在应变局部化带位置布置测线,得出了宏细观裂隙张开度和长度,并与全站仪同步量测数据进行对照,最大相对误差为7.73%。试验验证了岩层宏细观变形破坏的数字图像相关方法检测与表征的正确性。
【图文】：

投影图像,近景摄影测量,模型表面,微小变形

图 1.1 模型表面近景摄影测量标志点的布置[18]融合摄影测量法和灯泡透镜法的基础上，光学图像法应用而生。该方法首先大模型微小变形，然后利用数码像机实时获取幕布上的投影图像，，进而通过取模型微小变形[20]。近年来，数字图像相关(DIC)作为一种基于图像的用于全移和变形测量的非接触式光学方法在各个领域应用广泛，如图 1.2 所示，主要

数字图像相关,砌体墙,方法,维度

图 1.2 数字图像相关方法在砌体墙上的应用[22]位移监测方法的对比表 1.1，通过对比各种监测方法在实时性、接触性、测和可测维度这 5 个方面不尽相同。其中位移计法的精度最高，最高可达 0.00实现全场测量的方式只有三维激光扫描法和数字图像相关法，但是三维激测维度只有三维。数字图像相关法由于其适用性强、非接触、可输出全场
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD325

【参考文献】