第七届青年地学论坛

通过无损检测技术获得冻融岩石细观结构的损伤演化规律是研究寒区矿井建设中冻害问题的有效手段之一。本文以红砂岩为研究对象，进行冻融循环及CT扫描试验，获得了0、5、10、20、40次冻融循环后的CT扫描图像，并采用图像处理技术及遗传算法进行预处理和图像分割，提取岩石细观结构特征。引入损伤力学理论，考虑孔隙结构的大小、形态变化及岩石内部天然损伤定义损伤变量，研究冻融作用下砂岩损伤演化致灾机理。结果表明：
(1)基于图像最大熵值建立的遗传算法寻优模型能够快速精确地选取阈值进行图像分割，实现对岩石细观结构中基质和缺陷的识别；
(2)采用数字图像矩阵理论和计盒法可以对预处理后的CT图像进一步分析，有效量化并提取岩石截面孔隙结构的大小及分形特征。随着冻融次数增加，岩石细观层面上表现出孔隙扩展、数量增多，但结构复杂程度下降的演化行为；
(3)定义以孔隙率为损伤因子得到的砂岩冻融损伤变量可以在一定程度表征冻融岩石损伤演化规律，但其损伤演化速率偏小，难以与宏观损伤建立联系，存在局限性；
(4)考虑2种细观损伤机制建立损伤变量并反推得到红砂岩试件的无损弹性模量为1.57，对宏观损伤变量进行修正，既考虑了缺陷结构几何形态、尺寸、分布变化对损伤演化的共同影响，又弥补了传统损伤变量变化幅值过低且初始值为0的不足，使宏、细观损伤演化规律具有较好地一致性，初步实现了宏-细观结合量化分析。
 

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