本发明属于岩石断裂与数字图像领域，具体涉及一种计算混合型失效主裂缝扩展速率的方法。
背景技术：
1、在深部岩体工程建设与维护过程中，准确预测岩石失效主裂缝的扩展速率对于揭示岩石破坏机理和评估工程结构的稳定性至关重要。然而，在进行岩石断裂试验时，由于脆性岩石的失效通常是瞬时的，且裂缝的起始位置难以用肉眼直接观察，这使得计算岩石主裂缝的扩展速率成为一个挑战。
2、数字图像相关技术(digital image correlation，dic)因其非接触性、高精确度和简洁的测试流程，在实验室研究中被广泛采用。该技术的原理在于通过对比物体变形前后的散斑点信息，从而获取试样表面的位移和应变数据。基于内聚区模型利用dic计算失效主裂缝扩展速率的方法有两种：1)位移/应变波动法，此方法在潜在的主裂缝扩展路径两侧设置监测点，通过捕捉监测点位移/应变变化历史的突变点来计算扩展速率；2)裂缝尖端识别法，该方法利用位移/应变波动法确定裂缝尖端的位置，通过调整试件应变场的阈值使其与裂缝尖端位置重合，随后，通过重复上述方法获取不同加载时刻失效主裂缝的长度来计算扩展速率。需要说明的是，位移/应变波动法可能因难以区分断裂过程区与亚临界裂纹而导致对扩展速率的高估。与此同时，岩石内部含有纵横交错的裂缝，由于断裂路径的不可预知性，预先设定的监测点可能无法完全追踪到主裂缝的实际扩展路径，特别是当裂缝扩展路径出现曲折变化时，这进一步增加了准确监测的难度。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种计算混合型失效主裂缝扩展速率的方法。
2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种计算混合型失效主裂缝扩展速率的方法，包括如下步骤：
3、步骤（1）：试件表面预处理，在试件表面形成一层均匀的散斑点图案；
4、步骤（2）：将试件固定在加载系统的夹持装置上；
5、步骤（3）：记录试件表面散斑点的初始位置信息；
6、步骤（4）：启动加载系统和量测系统，持续加载直至试件发生失效；
7、步骤（5）：根据任意两个散斑点的距离计算试件表面的应变场与位移场；
8、步骤（6）：在试件位移场中建立直角坐标系并绘制水平位移参考线；
9、步骤（7）：在试件位移场中利用水平位移参考线上任意相邻两点距离的变化规律来判别变形区域；
10、步骤（8）：利用量测系统中的图像采集模块调整应变场中的应变阈值，使应变场与位移场中的未变形区、弹性区、断裂过程区与裂缝区相吻合；
11、步骤（9）：在应变场中，量测系统记忆模块储存的失效主裂缝的扩展路径上设置距离为lg的监测点，当主裂缝通过监测点时，由于材料的失效，监测点位置的应变值将出现瞬间突变；
12、步骤（10）：捕捉每个监测点的突变时间并计算主裂缝通过两个相邻监测点的时间△tg，计算试件失效路径上每个监测点瞬时速率△vg，观察主裂缝扩展路径上监测点的应变历史，当监测点的应变值出现瞬间突变时，对应的监测点位置为裂缝萌生位置，对应的突变时间为裂缝起裂时间。
13、进一步的，步骤（1）具体为：使用砂纸打磨试件表面，首先使用哑光白色号喷漆完全覆盖试件表面，随后喷洒哑光黑色号喷漆，形成一层均匀的散斑点图案。
14、进一步的，步骤（2）采用的试件为中心裂纹巴西圆盘试件；
15、不同断裂类型由不同的预支裂缝角度控制，预制裂缝角度为0°时对应岩石的纯张开型断裂，预制裂缝角度为11.7°时对应岩石的混合型断裂，预制裂缝角度为23.5°时对应岩石的纯剪切型断裂。
16、进一步的，步骤（3）具体为：使用量测系统中的图像采集模块记录试件表面在未变形条件下任意两个散斑点a与b的初始位置(，)、(，)与初始距离；i，j，e，f表示试件表面每个散斑点的编号，i，j，e，f=1、2、…、n。
17、进一步的，步骤（5）具体为：
18、加载结束后，使用量测系统中的记忆模块记录每个加载阶段条件下斑点与变形后的位置，计算任意两个散斑点的距离，m表示不同的载荷阶段：峰前0%阶段、峰前1%阶段、峰前2%阶段、…、峰值阶段、峰后1%阶段、峰后2%阶段、峰后3%阶段、…、峰后100%阶段；
19、根据公式(1)与公式(2)计算不同m加载阶段条件下试件表面的任意散斑点的应变与位移：
20、 (1)
21、 (2)
22、公式(2)中，w为方向因子，由量测系统中的记忆模块自动识别，当任意两个散斑点距离相比初始距离变小时w=-1；当任意两个散斑点距离相比初始距离变大时w=1；
23、根据上述计算公式，计算m加载阶段条件下试件表面的应变场与位移场。
24、进一步的，步骤（6）具体为：
25、在m加载阶段，在位移场中，建立一个以预制裂缝尖端oτ为原点，沿着试件的平均起裂角τ方向为y轴，x轴垂直于y轴的直角坐标系；
26、在坐标系原点oτ上方绘制一系列间距为1mm的水平位移参考线，g代表参考线到x轴的距离，g=1 mm、2 mm、…、n mm；实时监测沿水平位移参考线上每两个相邻检测点p(，)与q(，)的距离。
27、进一步的，步骤（7）具体为：
28、利用水平位移参考线上任意相邻两点之间距离的变化规律来划分不同加载阶段预制裂缝尖端的未变形区域、弹性区域、断裂过程区与裂缝区：
29、读取任意两个相邻监测点的中点位置t与距离并绘制-t曲线；
30、当-t曲线的斜率=0时，表示在该m加载阶段下，距离x轴为g mm的水平区域未发生变形，表明该参考线位于未变形区域内；
31、当-t曲线的斜率≠0，且曲线线性变化时，表明该参考线位于弹性变形区域内；
32、当-t曲线的中心位置不连续()，并且曲线的两边线性增加时，表明该参考线位于断裂过程区；
33、当-t曲线的中心位置不连续()，并且曲线的两边恒定变化时，表示该区域位于裂缝区。
34、进一步的，步骤（10）中采用下式计算试件失效路径上每个监测点瞬时速率△vg：
35、。
36、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
37、本方法提出的失效主裂缝扩展速率的方法基于对试件表面主应变历史的分析，通过捕捉应变场变化历史的突变点获得主裂缝扩展过程中的瞬时速率；该方法不仅可以测试混合型断裂的裂缝扩展速率，还将裂缝扩展路径的复杂性考虑在内，提高了计算裂缝扩展瞬时速率的准确性，也扩大了岩石力学的测量手段，使得岩石力学参数可以更加真实有效地服务科研工作与工程实践。
1.一种计算混合型失效主裂缝扩展速率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）具体为：使用砂纸打磨试件表面，首先使用哑光白色号喷漆完全覆盖试件表面，随后喷洒哑光黑色号喷漆，形成一层均匀的散斑点图案。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）采用的试件为中心裂纹巴西圆盘试件；
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（3）具体为：使用量测系统中的图像采集模块记录试件表面在未变形条件下任意两个散斑点a与b的初始位置(，)、(，)与初始距离；i，j，e，f表示试件表面每个散斑点的编号，i，j，e，f=1、2、…、n。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（5）具体为：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（6）具体为：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤（7）具体为：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤（10）中采用下式计算试件失效路径上每个监测点瞬时速率△vg：
