摘要：为了突破以往钻孔成像技术的基本假设(钻孔孔壁是圆柱面)和平面成像问题,从而实现钻孔内岩体结构的真三维成像,自主研发了一套基于双锥面镜成像的钻孔摄像系统。该系统主要由组合式双锥面镜、罗盘、光源、遮光罩、摄像装置和透明玻璃等部件组成,并给出了孔内双锥面镜立体像对成像的方法和全景像对图像的解算公式。通过系统测试与结果分析可知,该系统可以从2个不同角度对同一孔壁结构特性进行像对成像,并得到钻孔孔径的形态变化特征和孔壁细节的差异特征,实现了孔内360°岩体结构的全景立体像对成像和精细化探测。该系统设计巧妙、结构简单、易于实施,提高了对孔壁岩体细微结构的识别能力和探测的精度,有效推动了钻孔摄像技术的发展。

摘要：在岩体工程性质勘察过程中,获取精细岩体结构面性质对工程的合理设计、预防施工过程中的地质灾害有着重要意义。为了获取深部岩体结构面的形貌特征,针对在钻孔中观察到的环形结构面剖面线,开展基于数字钻孔摄像技术的孔壁剖面线形貌特征研究,提出一种孔壁剖面线形貌特征描述方法。该方法首先以钻孔的孔壁平面展开图为基础数据,采用数字图像处理技术从孔壁平面展开图中提取出结构面剖面线,分析孔壁上岩体结构面产状等基本信息;然后,通过计算并统计各个方向上剖面线的形貌特征参数,以其分布规律来描述结构面的形貌特征;最后,根据结构面形貌特征参数的分布规律,判断结构面的力学特性,形成粗糙度系数玫瑰图。结果表明该描述方法能够很好的表现出孔内结构面粗糙度的各向异性特征,解决了深部岩体结构面形貌特征难以获取的难题。

摘要：随着深部地下空间开发以及深部能源开采的发展,深部岩体地应力测试技术越来越受到重视,深部岩体高温高压的测试环境是制约该技术发展的关键。提出一种触头式显微光学孔径变形测量方法,并研制相应的测量装置。该装置采用多组刚性触针的结构设计,触头部位感知孔壁变形并通过触针尖端进行反映,利用显微光学成像技术,采集触针尖端变化影像并识别变化量值,通过多组对称布设的触针实现孔径变形测量,避免了应变片式传感器易受高温影响的问题,变形感知部件与数据采集部件独立封装,既保护了核心元件,又有利于系统耐温耐压的设计。进一步利用该系统的功能特点,实现了钻孔形态测量,突破了长期以来仅能测量孔径变形的固定思维模式,为基于钻孔形态的地应力测量方法奠定了基础。通过室内试验,验证了系统原理的可行性、结构设计的合理性和测量结果的准确性。该系统研制为深孔地应力测量提供了新的思路和方法。

摘要：随着地下空间开发的深入,钻孔岩壁上特殊区域的重视程度越来越高,为了克服传统超声波钻孔成像技术分辨率低的不足,提出一种基于超声波合成孔径技术的钻孔成像方法,提高钻孔图像的分辨率和图像质量。采用高分辨率的合成孔径SAFT成像技术综合处理大量的断面扫描回波信号,达到增强反射信号和抑制干扰信号的目的,使对应的岩壁特征区域回波更加突显,在该基础上提取出扫描断面回波信号的声幅和声时参数。综合声幅和声速参数的特征,提出了基于相关性的超声波钻孔图像重建原则,选择合适的成像数据点,在叠加不同深度的探测数据后形成了关注区域更加明显的钻孔重建图像。将该方法应用到了实际工程中,验证了该方法的可行性和准确性。

摘要：钻孔摄像技术能够采集到大量地下岩体内的结构面数据,分析其数据有助于进一步揭示结构面的空间分布规律和组合关系。针对钻孔内获得的结构面几何参数的特殊性,提出了综合倾角、倾向和位置深度等参数的特征点描述方法,在局部坐标系下对结构面特征点的描述方法及计算过程进行了阐述,推导出了结构面几何参数与特征点坐标之间的转换公式,在全局坐标系下对特征点坐标进行了归一化处理,最后对空间坐标系下特征点的分布规律进行了探索。研究结果表明,(1)空间坐标系下的结构面特征点是结构面几何参数和空间位置的综合反映;(2)特征点在空间的分布反映了结构面的空间组合关系。为结构面的统计分析提供新的思路和方法,有助于开展结构面的空间分布规律和交切关系研究,对钻孔摄像技术的发展和以结构面几何特征为基础的岩体稳定性评价起到积极的推动作用。

摘要：灌浆是水工建筑物基础处理中最常用的技术手段,通过灌浆封堵裂隙使基础岩体的防渗性、结构强度等达到设计要求。裂隙是透水透浆的最基本结构面,在灌浆处理中浆液对裂隙的充填程度是灌浆效果最直观的表现,由于灌浆工程的隐蔽性,裂隙的充填特征难以直接获取到,目前大多采用间接的压水试验法进行效果评价。利用钻孔摄像技术对灌浆钻孔进行成像探测,获取钻孔360°壁面图像,识别灌浆后的裂隙充填特征,考虑不同充填特征对灌浆效果的影响,建立以充填裂隙和未充填裂隙为要素的灌浆效果评价指标——钻孔内裂隙充填指数(borehole fracture filling integrity,BFFI),探讨BFFI与常规压水试验透水率结果的相关关系,利用三次多项式拟合两种评价指标的函数关系,建立基于钻孔内裂隙充填指数的灌浆效果评价标准,并将该方法应用到雅砻江桐子林水电站厂房坝区帷幕灌浆补充试验中,结果表明,(1)压水试验法和BFFI法的灌浆效果评价结果吻合度较高,进一步说明了BFFI法评价灌浆效果的可行性;(2)利用钻孔摄像技术开展灌浆效果评价,既直观地展示浆液在裂隙中的充填特征,又能反映灌浆效果,为灌浆效果评价提供了新的思路和方法。

摘要：在工程实践中,对岩体结构面分布的分维数进行实测往往存在一定的难度,但是采用钻孔摄像技术既能够准确获取布设的钻孔内各项地质信息,而且形成的钻孔图像能够直观地反映钻孔中岩体结构面的特征参数,因此提出了一种基于钻孔图像的岩体结构面分布分维数计算方法。该方法的原理是:首先,通过钻孔图像获取研究区域内各钻孔内的岩体结构面的特征参数(包括倾角、倾向、隙宽、间距);然后,根据各钻孔之间的连通判断准则,判断区域内各钻孔结构面的连通性,并估算出研究区域内结构面的迹长值,同时参照钻孔的孔位及深度信息,来界定研究区域模型的范围;最后,结合Monte-Carlo法,建立岩体结构面分布的三维网络模型,根据分维数计算方法,求解模型各研究面的分形维数,并将3个钻孔的整体连通模型和各钻孔模型所得到的分维数开展对比分析。结果表明,该方法的计算结果与其他评价方法的结论一致。

摘要：提出了新型的外转子升船机的设计理论与工程方法,具体采用配重抵偿升船厢自重,外转子电机仅提供承船厢运行的动力,大大降低了垂直升船机运行成本。由于自由状态下,均布的外转子电动机起始负载,随承船厢水位晃动而变化,提出了固定时间超螺旋智能算法应用于升船机的外转子永磁电机控制,仿真结果表明该算法有效实现速度跟随同步,为新型外转子升船机的研制提供了理论依据。

摘要：由于页岩气成藏模式有别于常规油气藏,为了更好地开发和利用页岩气资源,仅靠传统的地球物理探测方法很难精细解释其存在状态,而数字钻孔摄像技术能够直观观测页岩勘探孔的地质特征,为此,本文结合实际的页岩气勘探项目,将数字钻孔摄像技术应用到了页岩气勘探中,并获得了大量的页岩地质资料。由于数字钻孔摄像技术形成的钻孔围岩三维立体摄像图像清晰可辨,从而能够通过光学图像识别出页岩层所在的埋深位置,并较精确地计算出优质页岩层的厚度,同时,钻孔摄像图像能够直观反映出页岩层的差异现象,为查明页岩层的特殊区域提供了基本判断依据,最后,在弄清了页岩层的基本状态信息之后,结合优化算法可以精确计算出页岩层构造的产状和隙宽特征,为页岩层的统计分析提供更为量化的数据参数。

摘要：作为智能电网的核心环节,智能变电站备受关注,开发普适性巡检机器人成为推进变电站智能化的动力。本文采用通用型嵌入式系统来构建动力系统,同时搭载高清摄像头和红外光感元件实现图像的采集;并设计运动控制算法和视觉算法,研制出巡检机器人样机,进行了室内巡航实验和爬坡稳定性实验,验证了各传感器模块和人机交互界面运行的稳定性。实验表明,本文设计的机器人可以满足基本的运行要求,为后期研制普及型巡检机器人打下坚实的理论与实践基础。