【摘要】：煤炭開(kāi)采引起的上覆巖層變形監(jiān)控是煤礦安全與綠色開(kāi)采的重要組成。采動(dòng)覆巖運(yùn)移和裂隙發(fā)育的定量描述是實(shí)現(xiàn)煤炭精準(zhǔn)開(kāi)采的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。數(shù)字圖像相關(guān)方法(DIC,即Digital Image Correlation)具有高精度、非接觸、實(shí)時(shí)化等特點(diǎn),有助于實(shí)現(xiàn)大范圍和多尺度的巖層變形檢測(cè)。開(kāi)展覆巖變形及裂隙發(fā)育的數(shù)字圖像相關(guān)方法檢測(cè)研究,是推動(dòng)煤炭開(kāi)采信息化、數(shù)字化、可視化的有效途徑之一。本文針對(duì)采動(dòng)覆巖變形的數(shù)字圖像相關(guān)方法檢測(cè),基于物理模型試驗(yàn),結(jié)合理論分析,對(duì)數(shù)字圖像相關(guān)方法的理論、數(shù)字圖像相關(guān)方法檢測(cè)體系、散斑圖案的優(yōu)化、計(jì)算參數(shù)的選擇和相似模型宏細(xì)觀變形的檢測(cè)與表征等問(wèn)題進(jìn)行研究。對(duì)數(shù)字圖像相關(guān)方法的理論進(jìn)行了分析。根據(jù)理論和試驗(yàn)分析了在相似模型試驗(yàn)過(guò)程中運(yùn)用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)可能出現(xiàn)的誤差,在測(cè)試系統(tǒng)布置,操作過(guò)程,數(shù)據(jù)分析等方面進(jìn)行改善,提高了測(cè)量精度。進(jìn)行了相似模擬試驗(yàn)的散斑圖案和計(jì)算參數(shù)的優(yōu)化研究。針對(duì)相似材料模型實(shí)驗(yàn)的不同需求,通過(guò)對(duì)散斑的制作技術(shù)、關(guān)鍵參數(shù)和圖案質(zhì)量研究。結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證,給出了優(yōu)質(zhì)散斑圖案的制作方法,解決了標(biāo)準(zhǔn)試件和相似模型表面制作優(yōu)質(zhì)散斑的難題。研究DIC計(jì)算參數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響機(jī)制,綜合考慮散斑圖案質(zhì)量以及模型的非均勻變形,提出了子區(qū)大小選擇的雙參數(shù)閾值法,并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。開(kāi)展了覆巖變形的二維模型試驗(yàn),研究了巖層宏細(xì)觀變形的數(shù)字圖像相關(guān)方法檢測(cè)與表征。揭示巖層宏細(xì)觀變形的聯(lián)系和破壞規(guī)律,定義了細(xì)觀尺度上離層裂隙產(chǎn)生的判別標(biāo)準(zhǔn)。從細(xì)觀角度并結(jié)合宏觀現(xiàn)象深入研究離層裂隙發(fā)育規(guī)律,表明裂隙發(fā)育長(zhǎng)度和應(yīng)變局部化帶長(zhǎng)度密切相關(guān),可根據(jù)應(yīng)變局部化帶長(zhǎng)度快速估計(jì)裂隙發(fā)育長(zhǎng)度,從而預(yù)測(cè)頂板破壞形態(tài)。通過(guò)數(shù)字圖像相關(guān)方法獲取模型表面應(yīng)變場(chǎng),隨后在應(yīng)變局部化帶位置布置測(cè)線,得出了宏細(xì)觀裂隙張開(kāi)度和長(zhǎng)度,并與全站儀同步量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照,最大相對(duì)誤差為7.73%。試驗(yàn)驗(yàn)證了巖層宏細(xì)觀變形破壞的數(shù)字圖像相關(guān)方法檢測(cè)與表征的正確性。
【圖文】：

圖 1.1 模型表面近景攝影測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的布置[18]融合攝影測(cè)量法和燈泡透鏡法的基礎(chǔ)上，光學(xué)圖像法應(yīng)用而生。該方法首先大模型微小變形，然后利用數(shù)碼像機(jī)實(shí)時(shí)獲取幕布上的投影圖像，，進(jìn)而通過(guò)取模型微小變形[20]。近年來(lái)，數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)作為一種基于圖像的用于全移和變形測(cè)量的非接觸式光學(xué)方法在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如圖 1.2 所示，主要

圖 1.2 數(shù)字圖像相關(guān)方法在砌體墻上的應(yīng)用[22]位移監(jiān)測(cè)方法的對(duì)比表 1.1，通過(guò)對(duì)比各種監(jiān)測(cè)方法在實(shí)時(shí)性、接觸性、測(cè)和可測(cè)維度這 5 個(gè)方面不盡相同。其中位移計(jì)法的精度最高，最高可達(dá) 0.00實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)測(cè)量的方式只有三維激光掃描法和數(shù)字圖像相關(guān)法，但是三維激測(cè)維度只有三維。數(shù)字圖像相關(guān)法由于其適用性強(qiáng)、非接觸、可輸出全場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TD325

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2622072