皇甫潤(rùn)，閆順璽，王曉雷，蔣鵬程，詹思博

(1.華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063210；2.河北省礦業(yè)開(kāi)發(fā)與安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063210 )

中國(guó)是世界采礦大國(guó)，礦山災(zāi)害頻繁發(fā)生，而引起礦山災(zāi)害發(fā)生的主要原因之一是巖石失穩(wěn)破壞，因此在礦山開(kāi)采過(guò)程中如何有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)與前兆識(shí)別，對(duì)礦山穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)警具有重要意義。

紅外熱成像技術(shù)具有全天候、實(shí)時(shí)性、非接觸等優(yōu)點(diǎn)。許多學(xué)者利用熱成像技術(shù)對(duì)巖石的破裂過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，主要從時(shí)序變化和空間演化兩方面進(jìn)行研究。BRADY B T[1]等以花崗巖、玄武巖為研究對(duì)象，利用光學(xué)攝譜方法開(kāi)展了單軸壓縮條件巖石破裂過(guò)程中的電磁輻射研究，根據(jù)巖石的電磁波輻射特征來(lái)預(yù)報(bào)巖石的破裂；FREUND F T[2]開(kāi)展了花崗巖受力災(zāi)變的紅外輻射觀測(cè)試驗(yàn)，研究震前的紅外異?，F(xiàn)象的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)隨著受力的不斷變化其巖石外緣表面的紅外輻射溫度也跟著不斷變化；劉善軍[3-4]等將平均紅外輻射溫度作為量化表征指標(biāo)，將巖石破壞失穩(wěn)的前兆類(lèi)型分為2種：降溫型前兆和升溫加快型前兆，后期提出了熵值、分形維度、方差3種新的指標(biāo)反映巖石破壞過(guò)程中的紅外輻射規(guī)律；楊陽(yáng)[5]等引入“歐氏距離”的算法研究了粉砂巖破壞過(guò)程的紅外輻射響應(yīng)特征；程富起[6]等利用最高紅外輻射溫度對(duì)煤巖破裂過(guò)程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)最高溫能夠反映煤巖受載破壞情況；馬立強(qiáng)[7-8]等對(duì)煤巖和泥巖試件的平均紅外輻射溫度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)煤樣和泥巖中出現(xiàn)破裂前兆均為突然升溫型，之后引入差分紅外方差定量分析指標(biāo)，對(duì)煤破裂時(shí)的紅外輻射特征進(jìn)行了量化表達(dá)；周子龍[9-10]等以花崗巖和砂巖為研究對(duì)象開(kāi)展了單軸壓縮試驗(yàn)，提出了隨加載速率的提高平均紅外輻射溫度逐漸增大，且不同含水率巖石紅外輻射特征有所不同，含水率越多升溫幅度越大；田賀[11]等將平均溫、最高溫、方差以及自相關(guān)系數(shù)作為分析指標(biāo)，研究了煤巖破壞過(guò)程中的前兆信息，發(fā)現(xiàn)方差對(duì)破壞的預(yù)測(cè)更加精準(zhǔn)；吳立新[12-13]等發(fā)現(xiàn)煤巖壓縮屈服過(guò)程中存在3類(lèi)輻射熱像前兆特征；徐忠印[14]等發(fā)現(xiàn)，巖石在加載后期，紅外熱像會(huì)發(fā)生分異現(xiàn)象，高溫條帶對(duì)應(yīng)剪性破裂，低溫條帶對(duì)應(yīng)張性破裂；張艷博[15]等對(duì)粉砂巖突水過(guò)程的熱像圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)紅外熱像出現(xiàn)高溫異常條帶即為滲水發(fā)生位置，也是最終突水位置；姚旭龍[16]等將傅里葉頻譜運(yùn)用到紅外熱像中，對(duì)巖爆過(guò)程的紅外輻射溫度場(chǎng)頻譜演化特征進(jìn)行了定量研究；來(lái)興平[17]等定量研究了煤巖體損傷直至失穩(wěn)過(guò)程紅外輻射時(shí)序變化與熱像空間變化的異同點(diǎn)，將二者結(jié)合有效地捕捉了失穩(wěn)前兆點(diǎn)，并分析了預(yù)制結(jié)構(gòu)面對(duì)紅外輻射異常特征的影響。

上述研究工作取得了許多有意義的成果，但對(duì)于不同層理方向巖石紅外輻射演化特征等問(wèn)題鮮有研究?；诖?，本文以上述研究為基礎(chǔ)，選取水平和豎直2種層理方向的片麻巖進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，以紅外熱像儀作為觀測(cè)手段，旨在探究層狀片麻巖紅外輻射演化特征。針對(duì)試驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生的脈沖噪聲和設(shè)備自身的周期性噪聲，引入多步驟算法在Matlab平臺(tái)對(duì)獲取的原始紅外熱像進(jìn)行降噪處理，以準(zhǔn)確探測(cè)巖石破裂過(guò)程的時(shí)空演化特征。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試樣制備

本次試驗(yàn)選用的片麻巖試件層理結(jié)構(gòu)明顯，膠結(jié)狀態(tài)良好。將片麻巖加工成尺寸為50 mm×50 mm×100 mm的長(zhǎng)方體? 將試件加載兩端仔細(xì)打磨，使其表面不平行度小于0.02 mm。如圖1所示，試件表面分布著寬度不同、深淺不一的條帶狀礦物。本次試驗(yàn)選用水平層理和豎直層理2組試件，分別制備試件4塊，按PM-0-1，PM-90-1對(duì)其進(jìn)行編號(hào)并依此類(lèi)推。

圖1 層狀片麻巖試件Fig.1 Banded gneiss specimen

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)主要由加載系統(tǒng)、紅外熱像儀組成。加載系統(tǒng)采用TAW-3000型剛性伺服試驗(yàn)機(jī)，單軸壓縮試驗(yàn)加載采用等位移控制方式，在試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)機(jī)采用底座上升方式對(duì)片麻巖試件施加壓力。紅外熱像儀采用德國(guó)Infra Tec Image IR 8325紅外熱像儀，分別采用320×256像素和640×512像素探測(cè)器，具有幀頻高、靈敏度高、測(cè)量精度高、解析度高等特性，熱靈敏度優(yōu)于20 mK@30 ℃。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，將試驗(yàn)機(jī)的加載速率設(shè)置為0.02 mm/s，紅外熱像儀的采集頻率設(shè)置為50幀/s，加載設(shè)備和紅外熱像儀調(diào)整為統(tǒng)一時(shí)間并同時(shí)開(kāi)啟，使二者的時(shí)間保持同步，以便于后期試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，試驗(yàn)裝置布置如圖2所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 應(yīng)力與平均紅外輻射溫度的擬合關(guān)系

圖2 片麻巖單軸加載試驗(yàn)裝置Fig.2 Gneiss uniaxial loading test device

巖石在應(yīng)力作用下的宏觀反映是變形或破裂，應(yīng)力曲線是描述巖石力學(xué)特征的重要手段。平均紅外輻射溫度( AIRT )考慮了溫度場(chǎng)內(nèi)所有像素的溫度值，能夠反映巖石表面紅外輻射的整體強(qiáng)度。從理論角度來(lái)講，隨著應(yīng)力的增加，初始階段因試件內(nèi)部孔隙被壓密，孔隙內(nèi)會(huì)排出部分熱量，AIRT一般表現(xiàn)為短暫下降；進(jìn)入彈性階段，AIRT受到熱彈效應(yīng)影響表現(xiàn)為直線上升；加載后期由于摩擦效應(yīng)的影響，AIRT繼續(xù)升溫。由此得出，巖石表面的紅外輻射溫度隨應(yīng)力的升高而上升，二者之間存在一定的線性關(guān)系。分別選取水平和豎直層理各1塊試件，試件的應(yīng)力和平均紅外輻射溫度的關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 紅外輻射溫度與應(yīng)力的擬合關(guān)系Fig.3 Infrared radiation temperature-stress fitting relationship

由圖3可以看出，散點(diǎn)遍布于直線周?chē)椭本€非常接近，且有大量點(diǎn)與直線重合，隨著應(yīng)力增加平均紅外輻射溫度近似呈線性增長(zhǎng)，這表明巖石的平均紅外輻射溫度與應(yīng)力呈較強(qiáng)的線性相關(guān)性。

根據(jù)試件輻射溫度與應(yīng)力的擬合關(guān)系建立的平均紅外輻射溫度與應(yīng)力線性表達(dá)式為

式中，T為加載過(guò)程的平均輻射溫度，K；0T 為初始溫度，K；k為擬合直線的斜率；為應(yīng)力，MPa。

經(jīng)計(jì)算PM-0-1，PM-90-1的線性表達(dá)式分別為

由上述關(guān)系式可知，水平層理方向的試件隨應(yīng)力的增加紅外輻射溫度升溫較快。

表1列出了8塊試件平均紅外輻射溫度與應(yīng)力的線性擬合參數(shù)。運(yùn)用最小二乘估計(jì)法驗(yàn)證二者擬合結(jié)果的精度，但由于外界條件的干擾，以及儀器本身缺陷等因素的影響，導(dǎo)致實(shí)際測(cè)得的溫度矩陣含有一定誤差，影響擬合結(jié)果的可靠性，而最小二乘法沒(méi)有抗差能力，因此引入穩(wěn)健估計(jì)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，真實(shí)反映應(yīng)力和平均紅外輻射溫度擬合結(jié)果的可靠性。

表1 紅外輻射溫度與應(yīng)力的線性擬合參數(shù)Table 1 Linear fitting parameters of infrared radiation temperature and stress

由表1得出，試件擬合得到的線性正相關(guān)系數(shù)均在0.90以上，表明平均紅外輻射溫度與應(yīng)力密切相關(guān)。上述試件中，水平層理巖石的直線斜率較高，這表明隨著應(yīng)力的增加其輻射溫度的升溫速度高于豎直層理巖石。這是因?yàn)樵谠囼?yàn)過(guò)程中水平層理試件的抗壓強(qiáng)度較弱，率先發(fā)生變形破裂，破裂面之間相互錯(cuò)動(dòng)摩擦產(chǎn)生大量熱量，使其升溫速度加快；豎直層理試件的抗壓強(qiáng)度較強(qiáng)，可能是巖石基質(zhì)內(nèi)含有豎向排列的硬質(zhì)礦物，間接提高了巖石的軸向承載能力，未發(fā)生明顯變形破裂，微裂隙摩擦產(chǎn)生的熱量相對(duì)較少，熱彈效應(yīng)起主導(dǎo)作用，因此水平層理試件的輻射溫度升溫速度高于豎直層理試件。由表1也可以發(fā)現(xiàn)由于粗差的存在，最小二乘估計(jì)法計(jì)算得到的誤差較大，而經(jīng)過(guò)穩(wěn)健估計(jì)選權(quán)迭代法運(yùn)算得到的誤差較小，精度較高。因此，經(jīng)過(guò)精度的檢驗(yàn)，證實(shí)二者之間存在較強(qiáng)的線性相關(guān)性。

2.2 溫度場(chǎng)時(shí)序演化特征

對(duì)巖石受力加載過(guò)程中獲得的紅外輻射溫度進(jìn)行定量特征描述，能夠有效反映溫度場(chǎng)階段性的演化特征和空間分布。本文引入方差理論作為分析指標(biāo)，對(duì)破裂階段產(chǎn)生的溫度場(chǎng)分異現(xiàn)象進(jìn)行表達(dá)。方差是概率論中常用的統(tǒng)計(jì)量，反映了隨機(jī)變量和其數(shù)學(xué)期望之間的偏離程度。其表達(dá)式為

式中，S2為方差；Xk為輻射溫度場(chǎng)中第k個(gè)像元的輻射溫度值，T；Xave為紅外輻射溫度的均值，T。

巖石加載過(guò)程中，方差能表征紅外輻射溫度場(chǎng)的離散程度，方差越大，分異現(xiàn)象越明顯[4]。應(yīng)力、方差隨時(shí)間的變化曲線如圖4，5所示，限于篇幅，各層理角度選取1塊進(jìn)行描述。

圖4 水平層理試件應(yīng)力、方差與時(shí)間曲線Fig.4 Stress，variance and time curves of horizontal bedding specimen

由圖4可知，方差隨應(yīng)力變化大致分為3個(gè)階段，第1階段( 1～107 s )緩慢上升，該階段巖石受載應(yīng)力較小，試件內(nèi)部沒(méi)有裂紋萌生，紅外輻射溫度分布均勻，沒(méi)有分異現(xiàn)象出現(xiàn)，方差上升趨勢(shì)總體較平緩；第2階段( 107～347 s )穩(wěn)定上升，隨荷載增加，在外力作用下試件內(nèi)部開(kāi)始產(chǎn)生應(yīng)力集中，裂紋開(kāi)始萌生，加載至264 s時(shí)方差曲線出現(xiàn)小幅度起伏變化，此時(shí)紅外溫度場(chǎng)分異現(xiàn)象逐漸明顯，方差整體呈起伏上升趨勢(shì)；第3階段( 347～368 s )急速上升，隨荷載到達(dá)峰值后，方差出現(xiàn)突升異常，數(shù)值迅速增大，最大值為0.006 11，此時(shí)熱像溫度場(chǎng)分異程度加劇。之后試件宏觀裂紋相互貫通，徹底失去承載能力，應(yīng)力值迅速下降，試件失穩(wěn)破壞，且高溫紅外輻射出現(xiàn)減弱趨勢(shì)，方差出現(xiàn)下降現(xiàn)象。

圖5 豎直層理試件應(yīng)力、方差與時(shí)間曲線Fig.5 Stress，variance and time curves of vertical bedding specimen

由圖5可知，豎直層理試件方差曲線隨應(yīng)力的變化趨勢(shì)和水平層理試件總體相似，均經(jīng)歷了3個(gè)階段，第1階段( 1～113 s )緩慢上升，曲線維持平穩(wěn)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，溫度場(chǎng)分布均勻沒(méi)有分異現(xiàn)象出現(xiàn)；第2階段( 113～390 s )穩(wěn)定上升，曲線上升幅度呈微小起伏變化，加載至293 s時(shí)，方差出現(xiàn)突跳現(xiàn)象，此時(shí)試件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中發(fā)生微破裂，引起高溫輻射點(diǎn)出現(xiàn)，使得方差出現(xiàn)異常特征點(diǎn)，之后高溫?zé)狳c(diǎn)逐漸降溫，曲線再次回到平穩(wěn)上升的水平，該階段溫度場(chǎng)分異現(xiàn)象逐漸明顯；第3階段( 390～403 s )急速上升，隨應(yīng)力達(dá)到峰值后，試件內(nèi)部能量釋放，宏觀裂紋迅速擴(kuò)展、貫通，導(dǎo)致方差加速上升，出現(xiàn)突增異常，最大值為0.006 29。之后巖石失穩(wěn)破壞，方差曲線出現(xiàn)下降。

綜上所述，巖石在加載過(guò)程中方差能有效反映紅外輻射溫度場(chǎng)的階段特征，2種層理方向下的紅外輻射溫度場(chǎng)方差總體呈現(xiàn)相似的演化特征，即第1階段由于應(yīng)力較小，無(wú)分異現(xiàn)象，方差平穩(wěn)上升；第2階段隨著應(yīng)力的增加，開(kāi)始出現(xiàn)分異現(xiàn)象，方差起伏上升；第3階段隨著應(yīng)力到達(dá)頂峰，分異現(xiàn)象加劇，方差急速上升。此外，巖石試件的方差曲線和應(yīng)力曲線在時(shí)域上具有良好的一致性，彈性階段后期，方差出現(xiàn)起伏變化，臨近應(yīng)力達(dá)到峰值時(shí)，方差出現(xiàn)遞增。在紅外前兆方面，試件加載中期出現(xiàn)的異常特征點(diǎn)( 圖4，5中a點(diǎn) )，可作為識(shí)別巖石破裂失穩(wěn)的早期前兆特征，加載后期出現(xiàn)加速上升的異常特征點(diǎn)( 圖4，5中b點(diǎn) )可作為巖石臨近破壞的晚期前兆信息。

2.3 溫度場(chǎng)分異速率演化分析

方差能夠有效衡量紅外輻射溫度場(chǎng)階段性特征和分異程度的變化，對(duì)方差求導(dǎo)可定量描述巖石破裂過(guò)程中溫度場(chǎng)的分異速率[18]，這對(duì)于捕捉巖石破裂的前兆信息，建立實(shí)時(shí)預(yù)警方法有重要意義。對(duì)各試件方差指標(biāo)進(jìn)行求導(dǎo)運(yùn)算，其表達(dá)式為

式中，v為溫度場(chǎng)分異速率；ti為溫度場(chǎng)第i個(gè)像元對(duì)應(yīng)的時(shí)間，s；S2(it）為 ti對(duì)應(yīng)的方差序列；h為 ti的步長(zhǎng)。

溫度場(chǎng)方差、分異速率隨時(shí)間的變化曲線如圖6所示。

圖6 方差和分異速率隨時(shí)間變化曲線Fig.6 Variance and differentiation rate with time curves

由圖6得出，溫度場(chǎng)分異速率隨時(shí)間變化分為2個(gè)階段，分別為溫度場(chǎng)穩(wěn)定分異和加速分異階段。由于方差概括的演化特征在1，2這2個(gè)階段的紅外輻射溫度變化較小，分異現(xiàn)象不明顯，因此將這2個(gè)階段統(tǒng)稱(chēng)為溫度場(chǎng)穩(wěn)定分異。方差曲線在第3階段出現(xiàn)飛速上升，出現(xiàn)顯著分異現(xiàn)象，將第3階段概括為加速分異。在穩(wěn)定分異階段，由于應(yīng)力較小，紅外輻射溫度維持小幅度變化，輻射溫度由低溫逐漸向高溫?cái)U(kuò)展，方差緩慢平穩(wěn)上升，紅外溫度場(chǎng)分異速率比較穩(wěn)定，在0點(diǎn)周?chē)市》▌?dòng)，此階段分異現(xiàn)象不明顯。在加速分異階段，試件處于高應(yīng)力水平，紅外輻射溫度迅速升高，出現(xiàn)大量輻射高溫點(diǎn)。方差曲線出現(xiàn)快速上升，導(dǎo)致紅外溫度場(chǎng)分異速率偏移0值呈大幅波動(dòng)上升，此階段溫度場(chǎng)分異現(xiàn)象非常明顯。

通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紅外輻射溫度產(chǎn)生異常特征時(shí)，溫度場(chǎng)分異速率會(huì)偏移0值，因此可以定義曲線中第1次出現(xiàn)偏離0值的點(diǎn)( A點(diǎn) )為突變點(diǎn)1，臨近破壞偏離0值的點(diǎn)( B點(diǎn) )為突變點(diǎn)2。片麻巖曲線特征點(diǎn)時(shí)間與應(yīng)力占比見(jiàn)表2。

表2 溫度場(chǎng)特征點(diǎn)時(shí)間與應(yīng)力占比Table 2 Time and stress proportions of the characteristic points of temperature field

由表2可知，水平和豎直層理試件的時(shí)間預(yù)警均早于應(yīng)力預(yù)警，但兩種預(yù)警差距較小，這是因?yàn)槭軕?yīng)力集中的影響試件達(dá)到應(yīng)力峰值后瞬間失穩(wěn)破壞，失去了承載能力，應(yīng)力值立即陡降，故2種預(yù)警差距較小。在突變點(diǎn)1，2中，豎直層理試件的時(shí)間和應(yīng)力占比均早于水平層理試件，這表明豎直層理較水平層理試件能達(dá)到損傷最低值。當(dāng)突變點(diǎn)1出現(xiàn)時(shí)，巖石內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋等不穩(wěn)定因素，可作為一級(jí)預(yù)警信號(hào)；當(dāng)突變點(diǎn)2出現(xiàn)時(shí)，巖石內(nèi)部裂紋瞬間匯聚、貫通，形成宏觀破裂面，巖石臨近破壞，可作為二級(jí)預(yù)警信號(hào)。

2.4 溫度場(chǎng)空間演化特征

紅外熱像儀在探測(cè)巖石變形破裂過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題是采集到的紅外圖像具有低對(duì)比度、低信噪比和目標(biāo)易被噪聲干擾等[19-20]，為獲得巖石受載變形破壞的準(zhǔn)確信息和全過(guò)程，需要采用多步驟算法對(duì)紅外圖像進(jìn)行降噪處理。圖7為PM-90-4試件在峰值荷載的紅外熱像降噪效果。

圖7 紅外熱像降噪前后對(duì)比Fig.7 Infrared thermal image comparison pre and post noise reduction

圖7 ( a )為熱像儀直接獲取的圖像；圖7( b )為采用差值處理的算法，即將不同時(shí)相的熱像都與第1幀熱像作減運(yùn)算處理獲取的圖像，目的是去除環(huán)境輻射噪聲的影響；圖7( c )為運(yùn)用中值濾波和高斯高通算法獲取的圖像，目的是先抑制脈沖噪聲，即將熱像上常見(jiàn)的白色斑點(diǎn)消除，然后去除周期性噪聲干擾，即消除紅外傳感器等引起的差異輻射。對(duì)比3幅熱像，發(fā)現(xiàn)原始熱像邊緣模糊、對(duì)比度低，還有大量噪點(diǎn)，只能觀察到試件的大體輪廓；圖7( b )可以較明顯地看到1條亮溫條帶和局部降溫區(qū)域，但高溫與低溫區(qū)域難以區(qū)別；圖7( c )能夠明顯觀察到熱像上有1條貫穿試件的斜列式亮溫條帶，高溫區(qū)域表面應(yīng)力集中，低溫區(qū)域清晰可見(jiàn)，且圖像中的一些細(xì)節(jié)信息也得到增強(qiáng)。

紅外熱像能夠反映紅外輻射強(qiáng)度在試件表面的空間分布特征。豎直和水平層理試件熱像演化特征總體規(guī)律一致，故選擇1個(gè)角度進(jìn)行分析。圖8為水平層理試件降噪處理后的熱像演化。

由圖8可以看出，初始加載1～217 s時(shí)間段，巖石表面溫度整體均勻緩慢下降，試件表面紅外輻射變化較小，溫度場(chǎng)分布較為均勻；217～264 s時(shí)間段，巖石表面上下端部溫度開(kāi)始上升，出現(xiàn)高溫區(qū)域，中部區(qū)域紅外輻射溫度因張性變形整體出現(xiàn)下降現(xiàn)象，紅外溫度場(chǎng)開(kāi)始出現(xiàn)局部分異；264～311 s時(shí)間段，巖石表面紅外溫度整體出現(xiàn)回升，試件中部溫度升溫速度較快；311～348 s時(shí)間段，紅外熱像沿剪切面出現(xiàn)1條斜列式的高溫條帶，高溫條帶兩側(cè)區(qū)域輻射溫度較低，表明溫度場(chǎng)分異現(xiàn)象趨于明顯；348～359 s時(shí)間段，高溫條帶持續(xù)升溫更加明顯，試件剪切面因局部破裂產(chǎn)生少量高溫?zé)狳c(diǎn)，溫度場(chǎng)分異現(xiàn)象顯著；試件在362 s沿斜列式高溫條帶發(fā)生破壞失穩(wěn)，破裂瞬間沿著宏觀剪切破裂帶出現(xiàn)顯著亮色高溫條帶，生成斜切的斷裂面，在左下端破裂面位置有大量巖石顆粒瞬間彈射、崩落。

圖8 紅外熱像演化Fig.8 Infrared thermal image evolution

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)原始圖像經(jīng)過(guò)多步驟算法的降噪處理，圖像質(zhì)量明顯增強(qiáng)，高溫條帶顯著，高低溫分布清晰，能夠很好地提供關(guān)于巖石破壞逐步發(fā)展的信息。

3 結(jié) 論

( 1 ) 片麻巖平均紅外輻射溫度與應(yīng)力線性擬合，發(fā)現(xiàn)二者具有較強(qiáng)的線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上。水平層理試件的直線斜率高于豎直層理試件，表明隨應(yīng)力的增加其輻射溫度升溫速度高于豎直層理試件。

( 2 ) 水平和豎直層理試件溫度場(chǎng)方差總體呈現(xiàn)相似的演化特征，加載初期變化平穩(wěn)，中期呈緩慢上升，加載后期呈急速上升。在中期和后期出現(xiàn)的異常特征點(diǎn)可作為巖石失穩(wěn)的前兆信息。

( 3 ) 溫度場(chǎng)分異速率可分為2個(gè)階段，穩(wěn)定分異階段紅外輻射溫度維持小幅度變化，分異現(xiàn)象不明顯；加速分異階段紅外輻射溫度迅速升高，分異現(xiàn)象顯著。

( 4 ) 定義溫度場(chǎng)分異速率第1次出現(xiàn)偏移0值的點(diǎn)和臨破壞偏移0值的點(diǎn)為一、二級(jí)預(yù)警信號(hào)，受應(yīng)力集中影響時(shí)間預(yù)警整體早于應(yīng)力預(yù)警，且豎直層理試件能達(dá)到損傷最低值。

( 5 ) 紅外熱像經(jīng)過(guò)多步驟算法降噪處理，圖像質(zhì)量明顯增強(qiáng)，高溫條帶顯著，高低溫分布清晰，能準(zhǔn)確探測(cè)巖石變形的發(fā)生和破壞的全過(guò)程。

( 6 ) 紅外熱像空間演化規(guī)律為：前期，熱像表面呈緩慢變化，溫度場(chǎng)比較均勻；中期，隨著應(yīng)力增加逐漸升溫，產(chǎn)生高溫條帶；后期，高溫條帶升溫加劇，形成低溫場(chǎng)嵌套于高溫條帶間的溫度場(chǎng)格局，這種分異現(xiàn)象是巖石失穩(wěn)的重要紅外前兆特征。

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