Etude des caractéristiques d'évolution dynamique infrarouge de différentes phyllites d'inclinaison articulaire sous compression uniaxiale

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9867 (2023) Citer cet article

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Le comportement destructeur des roches et le comportement évolutif des fissures sont fortement corrélés. Avec le processus de développement continu de la fissure, l'état de contrainte de la roche est constamment rompu jusqu'à sa rupture complète, il est donc nécessaire d'étudier les caractéristiques de comportement spatial et temporel de la fissure dans le processus de destruction de la roche. Dans cet article, le processus de destruction des spécimens de phyllite est analysé par technologie d'imagerie thermique, et le processus d'évolution de la température de la fissure est étudié pour explorer les caractéristiques infrarouges du processus d'évolution de la fissure. De plus, un modèle de prédiction du temps de destruction des roches est proposé, basé sur le modèle de réseau neuronal récurrent Bi-LSTM combiné au mécanisme d'attention. Les résultats montrent que : (1) Au cours du développement des fissures rocheuses, la surface de la roche présente une réponse infrarouge dynamique stable et présente différentes caractéristiques évolutives à différentes étapes, notamment une réduction de la température au cours de l'étape de compactage, une augmentation de la température dans les couches élastique et plastique. phases et les pics de température dans la phase de défaillance ; (2) Au cours de l'évolution de la fissure, la destruction de la roche a un effet de contrôle significatif sur le champ IRT le long de la direction tangentielle et normale de la fracture, et sa distribution a une volatilité contrôlée par le temps ; (3) La méthode du réseau neuronal récurrent est utilisée pour prédire le temps de rupture de la roche, les résultats peuvent être utilisés comme méthode pour prédire le moment de la destruction de la roche, et il peut en outre être proposé les mesures de protection correspondantes en conséquence, pour maintenir le long -stabilité à terme du massif rocheux.

En tant que comportement mécanique progressif, la destruction de la roche est essentiellement un processus permettant de générer, d’étendre et de fusionner des microfissures à l’intérieur de la roche1. La stabilité à long terme de la roche est d'une grande importance pour la stabilité des pentes, le soutènement des routes et la construction géotechnique. C'est l'axe principal des recherches actuelles en précisant la loi de destruction des différentes roches et en proposant les méthodes de protection correspondantes.

À l'heure actuelle, les principales méthodes de détection des fissures sont les techniques d'émission acoustique (AE), de surveillance microsismique (MS) et de corrélation d'images numériques (DIC). AE/MS identifie et détecte les défauts et fissures de la masse rocheuse en capturant les ondes élastiques générées par l'émetteur acoustique et la masse rocheuse se fracturant2,3,4,5,6, tandis que DIC obtient les informations de déformation de la masse rocheuse en comparant les images numériques avant et après la déformation7,8.

Technologie d'imagerie thermique infrarouge, en acceptant l'énergie du rayonnement infrarouge émis par la surface de l'objet observé, la taille de la valeur énergétique est liée à la température et au taux de rayonnement, ce qui offre une nouvelle perspective pour la méthode de détection des pores des roches, des fissures9, 10,11,12,13,14,15,16,17. Cette méthode peut réaliser la détection non destructive et sans contact des roches, qui peut être combinée avec l'AE et d'autres techniques, ou définir des indicateurs quantitatifs pour analyser le processus de destruction des roches. Des chercheurs précédents ont mené des recherches sur le grès9,10,20,21, le charbon et le granit22,23. Dans le traitement quantitatif des images thermiques, Wu et al.10 ont utilisé AIRT pour expliquer le processus de destruction des roches et ont proposé trois précurseurs infrarouges dans l'évolution des roches et Zhang et al.21 ont proposé que CIRT et SIRT étudient le grès défectueux. En analysant la courbe temporelle de l'indice quantitatif, les changements anormaux du champ IRT avant la fragmentation de la roche sont analysés, puis le modèle de prédiction et l'équation d'ajustement sont proposés.

La prédiction par simulation de la destruction des roches à l’aide d’un modèle d’ingénierie et de l’apprentissage automatique sont des méthodes efficaces pour prédire le processus de rupture des roches24,25,26,27. En raison de l’influence de l’environnement, la courbe de rupture des roches présente une forte relation non linéaire. La méthode d’apprentissage en profondeur peut offrir une meilleure flexibilité et précision grâce à son excellente capacité de tolérance aux pannes, d’apprentissage et de généralisation28. En calculant les informations limitées, la résistance à la compression de la roche11,29,30, la courbe contrainte-déformation31,32 et le temps de rupture21 sont prédits à l'avance.