来源: 中煤科总院深地院、数字深地圈、无损检测NDT 荐读:微土木人,欢迎投稿! 【导读】 岩石无损检测是指在不破坏岩石的情况下确定其强度等相关特性的方法,基本原理是通过物理或化学手段探测岩石内部结构或缺陷引起的声、光、电、磁、热等响应的变化,进而间接获得岩石内部结构或缺陷的形状、性质和状态。
来源: 中煤科总院深地院、数字深地圈、无损检测NDT
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【导读】 岩石无损检测是指在不破坏岩石的情况下确定其强度等相关特性的方法,基本原理是通过物理或化学手段探测岩石内部结构或缺陷引起的声、光、电、磁、热等响应的变化,进而间接获得岩石内部结构或缺陷的形状、性质和状态。
目前常用的岩石无损检测方法可以分为非接触式和接触式方法。非接触式方法主要包括数字图像相关、红外热成像、X射线层析成像以及核磁共振成像等方法;接触式方法主要包括超声波检测与成像以及电阻率检测与成像等方法。
数字图像相关
数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术是一种非接触式现代光学测量技术。由于具有光路简单、环境适应性好、测量范围广以及自动化程度高等诸多优点已经被广泛应用于土木工程、机械、材料科学、电子封装、生物医学、制造、焊接等科学及工程领域。
图1 数字图像相关获得的岩石变形过程中表面变形
红外热成像
图2 煤样红外热像序列
X射线层析成像
图3 不同初始围压下破裂试样的X射线CT三维重构图像
核磁共振成像
图4 花岗岩的冻融损伤核磁成像
超声波检测与成像
在实验室,超声波检测技术常被用于测定岩石的弹性参数,评估岩石完整性以及监测岩石破裂过程等;在野外,也常被用于测定岩体弹性参数、划分岩体结构类型、估计岩体松动层厚度、判定岩体稳定性、检测岩体加固质量、监测围岩支承压力以及地应力测试等。
岩石超声波检测获得的参数实际上是超声波穿过岩石后的平均值,并不能进一步获得超声波传播路径上的局部细节。为了获得更多的参数变化细节,可以在岩石周围布置多个超声换能器以获得在不同方向上的超声波信号,然后利用层析成像方法对岩石内部参数进行反演,从而可以更详细地了解岩石内部结构、缺陷以及应力分布情况。目前,超声波成像技术已成为实验室研究岩石破裂过程的常规手段,如图6所示。
图6 岩石变形过程中速度结构的变化
电阻率检测与成像
同时,由于该项技术主要对岩石的电学属性敏感,可以查清地下的电阻率电导率物理参数,常用来勘查包含水、金属或者其他高阻类的地质体,目前其已成为勘探领域的常规手段之一 。
随着计算机技术、图像处理技术、电子技术以及传感器技术的飞速发展,岩石无损检测技术得到了长足发展。尤其是随着人工智能技术的不断提升,岩石无损检测也正朝着更加精细化和智能化的方向发展。近年来,深度学习算法在无损检测领域已被广泛应用,通过对大量图像、声音、电阻率等数据的训练和学习,大大提高了岩石力学状态和内部缺陷的检测精度和效率。同时,随着人类对能源需求的不断增长,发展兼具实验室和野外探测能力的无损探测手段正逐渐成为研究热点。相信在不远的将来,采用高精度无损检测技术获得地下介质连续分布形态将成为未来发展趋势。