一軸圧縮下における異なる接合傾斜千枚岩の赤外動的進化特性に関する研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9867 (2023) この記事を引用

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岩石の破壊挙動と亀裂の進展挙動には高い相関性があります。 亀裂の継続的な発達過程では、岩石の応力状態は完全に破壊されるまで継続的に破壊されるため、岩石の破壊過程における亀裂の空間的および時間的挙動特性を研究する必要があります。 本論文では,千枚岩試験片の破壊過程を熱画像技術により解析し,亀裂の温度進展過程を研究して,亀裂進展過程の赤外線特性を調査した。 さらに,岩石破壊時間を予測するためのモデルを,アテンション機構と組み合わせたBi-LSTMリカレントニューラルネットワークモデルに基づいて提案した。 その結果、(1) 岩石亀裂の発達中、岩石表面は安定した動的赤外線応答を示し、主に圧縮段階での温度低下、弾性および塑性段階での温度上昇など、さまざまな段階で異なる進化特性を示します。故障段階では温度がピークに達します。 (2) 亀裂の進展中、岩石の破壊は亀裂の接線方向と法線方向に沿った IRT 場に大きな制御効果をもたらし、その分布は時間によって制御される変動性を持ちます。 (3) リカレントニューラルネットワーク法を使用して岩石破壊時刻を予測し、その結果を岩石破壊時刻を予測する方法として使用し、それに応じて対応する保護措置をさらに提案し、長期間の岩石破壊を維持することができます。 -岩盤の長期安定性。

段階的な機械的挙動として、岩石の破壊は本質的に岩石内部に微小亀裂を生成、拡大、合体させるプロセスです1。 岩石の長期安定性は、斜面の安定性、道路の支持、地盤工学の建設にとって非常に重要です。 さまざまな岩石の破壊則を明らかにし、対応する保護方法を提案することが現在の研究の主な方向性です。

現在、主な亀裂検出方法は、アコースティック エミッション (AE)、微小地震 (MS) モニタリング、およびデジタル画像相関 (DIC) 技術です。 AE/MS は、音響発信器から発生する弾性波と岩盤自体が破壊する様子を捉えて、岩盤の欠陥や亀裂を識別・検出します2,3,4,5,6。一方、DIC は、岩盤の変形情報を比較することで岩盤の変形情報を取得します。変形前後のデジタル画像7,8。

赤外線サーマルイメージング技術は、観察対象物の表面から放出される赤外線放射エネルギーを受け取ることにより、エネルギー値の大きさが温度と放射率に関連し、岩石の細孔、亀裂9、 10、11、12、13、14、15、16、17。 この方法は、岩石の非破壊および非接触検出を実現し、AE や他の技術 17,19 と組み合わせたり、岩石の破壊プロセスを分析するための定量的な指標を定義したりできます。 これまでの学者は、砂岩9、10、20、21、石炭、花崗岩22、23について研究を行ってきました。 熱画像の定量的処理において、Wu ら 10 は岩石の破壊プロセスを説明するために AIRT を使用し、岩石の進化における 3 つの赤外線前駆体を提案し、Zhang ら 21 は CIRT と SIRT が欠陥のある砂岩を研究することを提案しました。 定量的指標の時間曲線を解析することにより,岩石破砕前のIRT場の異常変化を解析し,予測モデルとフィッティング式を提案した。

工学モデルを用いた岩石破壊のシミュレーション予測と機械学習は、岩石の破壊過程を予測する有効な方法である24,25,26,27。 環境の影響により、岩石破壊曲線には強い非線形関係があります。 深層学習手法は、優れた耐障害性、学習、一般化能力により、より優れた柔軟性と精度を提供できます28。 限られた情報を計算することにより、岩石の圧縮強度11,29,30、応力-ひずみ曲線31,32、破壊時間21が事前に予測されます。