基于DIC及CPG技术的热冷循环后花岗岩Ⅰ型断裂特性

深部储层岩石的热力学特性,尤其是循环热冷作用下损伤破坏特性,对于增强型地热系统井壁稳定性分析及地热开采效率评估具有重要意义。针对中心直裂纹半圆盘(NSCB)花岗岩试样,首先进行不同热冷循环处理(加热温度400℃,最高循环次数13次),然后开展3点弯Ⅰ型断裂韧度特性试验。基于裂纹扩展计(CPG)和数字图像相关(DIC)测试技术,研究了热冷循环作用下花岗岩Ⅰ型断裂韧度、断裂过程区(FPZ)、裂纹扩展速率及断裂轮廓特征的影响规律。试验结果表明:当热冷循环次数达到10次以上,花岗岩试样脆性明显减弱,而峰前软化特性和峰后延性增强;花岗岩的断裂过程区由裂缝尖端开始逐步孕育,断裂过程区长度随荷载增大呈先增大后减小的趋势,Ⅰ型断裂韧度、最大断裂过程区长度及裂纹平均扩展速度随热冷循环次数增大而指数减小,Ⅰ型断裂面随热冷循环次数增大越来越不平整。最后,基于X-ray衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等微观测试技术,研究了热冷循环作用对花岗岩矿物成分及微观结构的影响规律,结果表明花岗岩4种矿物成分的峰值衍射强度及矿物质量分数均随热冷循环次数增大而降低,而微裂纹大小及数量随热冷循环次数增大而增大。热冷循环作用下花岗岩的损伤劣化机理包含了多次高温热损伤、水冷冲击及水弱化等3方面的联合作用结果。

不同温度及冷却速率下花岗岩动态拉伸力学特性

深部高温岩石往往会受不同冷媒介质作用,其力学特性的劣化极易诱发岩体工程灾害。考虑3种冷却方式(高温炉中冷却、空气自然冷却及水中快速冷却),首先研究高温(200~800℃)花岗岩圆盘试样热−冷处理后其内部微裂纹分布及纵波波速变化规律。然后基于改进的SHPB试验系统,对不同热−冷处理后的花岗岩试样开展动态劈裂试验,研究不同加载速率下试样应力平衡状态、动态拉伸强度及变形破坏特性的演变规律。结果表明:①岩石内部损伤程度随冷却速率增大而增大,水中冷却后试样波速下降率最大,内部产生的微裂纹数量最多。②不同温度及冷却速率下试样动态拉伸强度与加载率呈指数正相关关系;200℃时,冷却方式对试样动态拉伸强度影响较小;而400~700℃时,温度及冷却方式对试样动态拉伸强度影响较大,拉伸强度随温度及冷却速率的增大而降低。③温度及冷却方式对试样最先起裂位置处拉伸应变、起裂时间影响较大,最先起裂位置处拉伸应变随温度及冷却速率的增加而增加,起裂时间随温度及冷却速率的增加而缩短。④试样主要存在2种破坏模式:I类为试样存在中心主裂纹及端部粉碎区;II类破坏模式复杂,除了存在中心主裂纹及端部粉碎区外,还存在其他方向贯通裂纹。研究结果可为深部高温岩石工程的稳定性控制提供理论参考。

基于时间-光谱信息的遮蔽目标激光点云扩展与标识方法

在利用三维激光雷达点云进行目标描述时,人们通常通过点云插值等方式描述目标细节,通过点云分类标识区分目标种类。高光谱全波形激光雷达能够通过波形分解和光谱重构实现上述功能,然而当激光束内存在多个目标形成遮蔽关系时,由于间距较近以及光斑分裂等原因,难以准确获取目标时间-光谱信息,从而无法较为精准地反演目标几何位置和反射率分布信息。文中提出了一种高光谱回波波形分解方法以及相应的点云扩展和标识方法,实现了优于激光脉宽分辨距离的波形分解和更准确的光谱重构。实验结果表明:在密集遮蔽条件下,该方法仍能达到约3倍的点云扩展效果和准确的目标分类标识。这种精准的点云扩展和标识方法能够为基于点云数据的探测、遥感情报生成提供良好的数据支撑。