裂隙砂岩变形破裂过程中应变场灰度及纹理特征分析 论文

为探究裂隙岩体在变形破裂过程中的机制及其前兆特征，研究团队采用高速水刀切割技术对板状红砂岩试件进行预处理，设置了不同倾角的裂隙，然后在单轴压缩条件下进行实验。通过数字图像相关技术，团队实现了试件加载过程中应变场的非接触式观测，并引入了均值、标准差、三阶矩、平滑度、一致性和熵等6种灰度特征参数，以及对比度、相关性、角二阶矩和熵等4种纹理特征参数，来量化分析裂隙砂岩试件在变形破裂过程中的应变场灰度与纹理的演化规律。

研究结果表明，在裂隙砂岩试件的裂纹起裂、扩展及贯通过程中，应变场的灰度整体从低灰度级向高灰度级移动，灰度直方图的形态从“矮胖”型逐渐转化为“高瘦”型，且峰值频率随之增大。这一过程可以分为波动段、平稳段和突变段三个阶段，其中应变场灰度和纹理特征参数在突变段的出现与裂纹的萌生和扩展密切相关。具体来说，张拉裂纹萌生时，对应的灰度/纹理特征参数首次突变，并在试件临近破坏时出现，这一现象可以视为裂隙岩体即将失稳的前兆信号，前兆/峰值应力比为0.83至0.97之间。

研究过程中，还发现大部分灰度特征参数与纹理特征参数之间存在显著的相关性，其皮尔逊相关系数绝对值大于0.5，表明这两类特征参数之间存在高度的相关性。关于灰度共生矩阵提取纹理特征的具体方法与应用，可以参考相关资料中的灰度共生矩阵提取纹理特征和基于灰度共生矩阵提取纹理灰度共生矩阵纹理特征图像分类等内容，以更深入了解相关技术在本研究中的具体应用。

裂隙岩体在研究领域中广泛受到关注，其在巷道大变形特征与稳定性控制方面的表现，已成为学术界的重要研究方向。更多相关内容，可参考裂隙岩体巷道大变形特征与稳定性控制。

Q1: 如何利用更多的灰度特征参数优化裂隙岩体的变形分析？

Q2: 在其他类型岩石中，裂纹萌生和扩展的前兆特征是否存在差异？

Q3: 灰度共生矩阵提取技术在实际工程中的应用前景如何？

Q4: 是否有其他非接触式观测技术可以替代数字图像相关技术，提升观测精度？

Q5: 进一步研究裂隙岩体稳定性控制时，还可以引入哪些新的研究方法或技术？