基于医用CT扫描的岩石损伤分析方法、装置及设备与流程

基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法、装置及设备
技术领域
1.本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法、装置及设备。


背景技术：

2.目前，ct扫描设备一般有医用和工业用两种类型，医用ct设备得到的图像像素主要为毫米尺度，工业ct设备得到的图像像素可达到微米、纳米尺度。在对岩石损伤进行分析时，会先对岩石样品进行ct扫描，再根据扫描得到的图像进行分析。根据ct扫描设备的不同，对应的分析方法也有不同。
3.现有通过医用ct扫描岩石对酸性环境下岩石损伤的分析方法中，存在分析精确度不够，导致分析结果存在误差，影响对受损岩石细观结构损伤状况研究的问题。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于：提供一种基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法、装置及设备，旨在解决现有基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法存在分析精确度不够，导致分析结果存在误差的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.第一方面，本发明提供了一种基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法，所述方法包括：
7.获取目标岩石的扫描图像以及所述扫描图像的ct数，所述扫描图像基于医用ct扫描所述目标岩石获得；
8.根据所述扫描图像的ct数，获得ct数直方图；
9.根据所述ct数直方图的峰型分布，获得所述目标岩石的损伤变量；
10.对所述损伤变量和所述目标岩石的损伤影响参数进行拟合，获得拟合曲线，以对所述目标岩石进行损伤分析，获得损伤分析结果。
11.可选地，上述基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法中，所述获取目标岩石的扫描图像以及所述扫描图像的ct数的步骤，具体包括：
12.获取目标岩石的扫描图像；
13.对所述扫描图像进行伪影消除，获得消除伪影后的扫描图像；
14.获取所述消除伪影后的扫描图像的ct数。
15.可选地，上述基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法中，所述获取目标岩石的扫描图像的步骤，具体包括：
16.获取目标岩石的圆柱体岩样；
17.对所述圆柱体岩样不同扫描层位的横截面进行扫描，获得对应的扫描图像，其中，所述不同扫描层位包括所述圆柱体岩样的上部、中部和下部。
18.可选地，上述基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法中，所述根据所述ct数直方图
的峰型分布，获得所述目标岩石的损伤变量的步骤，具体包括：
19.判断所述ct数直方图的峰型分布类型，所述峰型分布类型包括单峰型和双峰型；
20.针对所述峰型分布类型，获得所述目标岩石的损伤变量。
21.可选地，上述基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法中，所述针对所述峰型分布类型，获得所述目标岩石的损伤变量的步骤，具体包括：
22.当所述峰型分布类型为单峰型时，通过第一计算式获得所述目标岩石的损伤变量，所述第一计算式为：
[0023][0024]
其中，d
c
表示所述目标岩石的损伤变量；
[0025]
λ表示所述目标岩石扫描截面内分辨单元中孔洞个数的孔洞密集度，
[0026]
v0表示所述分辨单元内孔洞的平均面积，其中，d(ρ)表示数学方差，e(ρ)表示数学期望，e(ρ)＝ρ0(1
‑
λv0)；
[0027]
ρ0表示所述目标岩石的物质密度，ρ表示所述分辨单元的平均密度分布，其中，n表示所述分辨单元内孔洞的个数，v表示所述分辨单元内孔洞的实际面积。
[0028]
可选地，上述基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法中，所述针对所述峰型分布类型，获得所述目标岩石的损伤变量的步骤，具体包括：
[0029]
当所述峰型分布类型为双峰型时，通过第二计算式获得所述目标岩石的损伤变量，所述第二计算式为：
[0030][0031]
其中，d
c
表示所述目标岩石的损伤变量；
[0032]
d
c1
表示材料缺陷引起的损伤的损伤变量，d
c2
表示矿物颗粒溶解引起的空洞损伤的损伤变量；
[0033]
e(ρ1)表示材料缺陷引起的损伤的数学期望，e(ρ1)＝ρ0(1
‑
λ1v1)，其中，λ1、v1分别为材料缺陷引起的损伤的特征分布参数；
[0034]
e(ρ2)表示矿物颗粒溶解引起的空洞损伤的数学期望，e(ρ2)＝ρ0(1
‑
λ2v2)，其中，λ2、v2分别为矿物颗粒溶解引起的空洞损伤的特征分布参数；
[0035]
ρ0表示所述目标岩石的物质密度。
[0036]
可选地，上述基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法中，所述目标岩石的损伤影响参数包括腐蚀时间和力学参数，所述力学参数包括单轴峰值强度、峰值应变和弹性模量；
[0037]
所述对所述损伤变量和所述目标岩石的损伤影响参数进行拟合，获得拟合曲线的
步骤，具体包括：
[0038]
对所述损伤变量和所述腐蚀时间进行拟合，获得第一拟合曲线，其中，拟合时采用的计算式为：
[0039]
d
p
(t)＝αt
β
，
[0040]
其中，d
p
表示所述目标岩石的平均损伤变量，t表示所述目标岩石的腐蚀时间，单位：天，α、β均表示所述目标岩石的化学影响系数；
[0041]
对所述损伤变量和所述力学参数进行拟合，获得第二拟合曲线，其中，拟合时采用的计算式为：
[0042][0043]
其中，y表示力学参数；a、b、c均表示所述目标岩石的化学影响系数，e表示自然指数。
[0044]
第二方面，本发明提供了一种基于医用ct扫描的岩石损伤分析装置，所述装置包括：
[0045]
图像获取模块，用于获取目标岩石的扫描图像以及所述扫描图像的ct数，所述扫描图像基于医用ct扫描所述目标岩石获得；
[0046]
ct数处理模块，用于根据所述扫描图像的ct数，获得ct数直方图；
[0047]
损伤变量计算模块，用于根据所述ct数直方图的峰型分布，获得所述目标岩石的损伤变量；
[0048]
损伤分析模块，用于对所述损伤变量和所述目标岩石的损伤影响参数进行拟合，获得拟合曲线，以对所述目标岩石进行损伤分析，获得损伤分析结果。
[0049]
第三方面，本发明提供了一种基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述的基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法。
[0050]
第四方面，本发明提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序可被一个或多个处理器执行，以实现如上述的基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法。
[0051]
本发明提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：
[0052]
本发明提出的一种基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法、装置及设备，通过对目标岩石进行医用ct扫描获得的扫描图像的ct数绘制ct数直方图，可初步分析出目标岩石内部结构的变化情况；再基于该ct数直方图的峰型分布，对应获得目标岩石的损伤变量，由ct数峰型分布判断目标岩石的受损状态，对应计算的损伤变量更准确；最后对该损伤变量与目标岩石的损伤影响参数进行拟合，获得对应的拟合曲线，研究人员即可根据该拟合曲线对目标岩石进行损伤分析，获得损伤分析结果。相比于现有技术，充分考虑了目标岩石的受损情况和影响因素，可以针对不同影响因素对目标岩石进行损伤分析，分析更全面，更精准。
附图说明
[0053]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的这些附图获得其他的附图。
[0054]
图1为本发明基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法第一实施例的流程示意图；
[0055]
图2为本发明涉及的基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备的硬件结构示意图；
[0056]
图3为本发明基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法第一实施例中步骤s11获取的扫描图像；
[0057]
图4为根据图3的扫描图像获得的ct数直方图；
[0058]
图5为本发明基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法第一实施例中步骤s40获得的拟合曲线；
[0059]
图6为本发明基于医用ct扫描的岩石损伤分析装置第一实施例的功能模块示意图。
[0060]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0061]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062]
需要说明，在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。另外，在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
[0063]
在本发明中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0064]
计算机层析识别技术，简称ct技术(computerized tomography)，可以更快、更精确地检测出材料和结构内部的细微变化，无检查失真和图像重叠，因此被广泛应用到各个学科领域的无损检测。在岩土工程领域中对岩石损伤进行分析时，也可以用到ct扫描技术，即先对岩石样品进行ct扫描，再根据扫描得到的图像进行分析。
[0065]
对现有技术的分析发现，不同ct扫描设备扫描得到的ct图像参数各有差异，目前，ct扫描设备一般有医用和工业用两种类型，医用ct设备得到的图像像素主要为毫米尺度，
工业ct设备得到的图像像素可达到微米、纳米尺度。针对不同的实际需求，选择不同的ct扫描设备用于岩石损伤分析时，具体的损伤分析方法也有所不同。
[0066]
现有通过医用ct扫描岩石对酸性环境下岩石损伤的分析方法中，由于岩石特性的影响，比如自身力学参数、材料缺陷、孔隙大小等等，以及外部环境因素的影响，比如受损时间、受腐蚀的酸碱度等等，导致现有的分析方法存在分析精确度不够，导致分析结果存在误差，影响对受损岩石细观结构损伤状况研究的问题。
[0067]
鉴于现有技术中存在分析精确度不够，导致分析结果存在误差的技术问题，本发明提供了一种基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法，总体思路如下：
[0068]
获取目标岩石的扫描图像以及所述扫描图像的ct数，所述扫描图像基于医用ct扫描所述目标岩石获得；根据所述扫描图像的ct数，获得ct数直方图；根据所述ct数直方图的峰型分布，获得所述目标岩石的损伤变量；对所述损伤变量和所述目标岩石的损伤影响参数进行拟合，获得拟合曲线，以对所述目标岩石进行损伤分析，获得损伤分析结果。
[0069]
通过上述技术方案，对目标岩石进行医用ct扫描获得的扫描图像的ct数绘制ct数直方图，可初步分析出目标岩石内部结构的变化情况；再基于该ct数直方图的峰型分布，对应获得目标岩石的损伤变量，由ct数峰型分布判断目标岩石的受损状态，对应计算的损伤变量更准确；最后对该损伤变量与目标岩石的损伤影响参数进行拟合，获得对应的拟合曲线，研究人员即可根据该拟合曲线对目标岩石进行损伤分析，获得损伤分析结果。相比于现有技术，充分考虑了目标岩石的受损情况和影响因素，可以针对不同影响因素对目标岩石进行损伤分析，分析更全面，更精准。
[0070]
实施例一
[0071]
参照图1的流程示意图，提出本发明基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法的第一实施例，该基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法应用于基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备。
[0072]
所述基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备是指能够实现网络连接的终端设备或网络设备，所述设备可以是手机、电脑、平板电脑、嵌入式工控机等终端设备，也可以是服务器、云平台等网络设备。
[0073]
如图2所示，为基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备的硬件结构示意图。所述设备可以包括：处理器1001，例如cpu(central processing unit，中央处理器)，通信总线1002，用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。
[0074]
本领域技术人员可以理解，图2中示出的硬件结构并不构成对本发明基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0075]
具体的，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信；
[0076]
用户接口1003用于连接客户端，与客户端进行数据通信，用户接口1003可以包括输出单元，如显示屏、输入单元，如键盘，可选的，用户接口1003还可以包括其他输入/输出接口，比如标准的有线接口、无线接口；
[0077]
网络接口1004用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信，网络接口1004可以包括输入/输出接口，比如标准的有线接口、无线接口，如wi
‑
fi接口；
[0078]
存储器1005用于存储各种类型的数据，这些数据例如可以包括该基于医用ct扫描
的岩石损伤分析设备中任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，存储器1005可以是高速ram存储器，也可以是稳定的存储器，例如磁盘存储器，可选的，存储器1005还可以是独立于所述处理器1001的存储装置；
[0079]
具体的，继续参照图2，存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及计算机程序，其中，网络通信模块主要用于连接服务器，与服务器进行数据通信；
[0080]
处理器1001用于调用存储器1005中存储的计算机程序，并执行以下操作：
[0081]
获取目标岩石的扫描图像以及所述扫描图像的ct数，所述扫描图像基于医用ct扫描所述目标岩石获得；
[0082]
根据所述扫描图像的ct数，获得ct数直方图；
[0083]
根据所述ct数直方图的峰型分布，获得所述目标岩石的损伤变量；
[0084]
对所述损伤变量和所述目标岩石的损伤影响参数进行拟合，获得拟合曲线，以对所述目标岩石进行损伤分析，获得损伤分析结果。
[0085]
基于上述的基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备，下面结合图1所示的流程示意图，对本实施例的基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法进行详细描述。所述方法可以包括以下步骤：
[0086]
步骤s10：获取目标岩石的扫描图像以及所述扫描图像的ct数，所述扫描图像基于医用ct扫描所述目标岩石获得。
[0087]
具体的，目标岩石可以是砂岩、砾岩、页岩等层积岩，也可以是大理岩、板岩等变质岩。对目标岩石进行取样，获得目标岩样，通过医用ct扫描该目标岩样，获得对应的扫描图像。当需要研究岩石的受损过程时，可以在该目标岩石不同受损阶段选取岩样，再获取对应的扫描图像。岩样的ct扫描图像是由以ct数表示的像素值按照矩阵的形式组合而成，获取到扫描图像后也对应获取该扫描图像的ct数。医用ct扫描设备比如，philips brilliance 16螺旋式ct扫描设备。
[0088]
具体的，所述步骤s10，可以包括：
[0089]
步骤s11：获取目标岩石的扫描图像。
[0090]
具体的，所述步骤s11，可以包括：
[0091]
步骤s11.1：获取目标岩石的圆柱体岩样。
[0092]
本实施例中，目标岩石为受酸腐蚀的砂岩，当需要对酸性环境下砂岩内部细观结构损伤进行分析时，可以将目标岩石浸泡在酸性溶液中。从目标岩石中采样获得岩样，根据岩石力学规范要求，可以将岩样加工为直径50mm，高100mm的标准圆柱体，或通过岩石取芯机直接在目标岩石上钻取，获得圆柱体岩样。
[0093]
步骤s11.2：对所述圆柱体岩样不同扫描层位的横截面进行扫描，获得对应的扫描图像，其中，所述不同扫描层位包括所述圆柱体岩样的上部、中部和下部。
[0094]
在具体实施过程中，可以通过不同ph值的盐酸或硫酸溶液模拟酸性环境，将圆柱体岩样浸泡在不同ph值的酸溶液中，还可以针对不同天数，比如分别浸泡30、90、180天来模拟不同程度的岩石受腐蚀时间。本实施例中，用ph＝1的硫酸溶液模拟酸性环境，将获取的砂岩的圆柱体岩样浸泡在该溶液中180天，获取到目标岩样。再对该岩样进行扫描，岩样沿轴向的扫描层厚3mm，相当于整个岩样将有33层扫描层，实际中，不需要对每层都进行扫描。本实施例只选取第8层作为上部扫描层，第16层作为中部扫描层，第24层作为下部扫描层。
[0095]
步骤s12：对所述扫描图像进行伪影消除，获得消除伪影后的扫描图像。
[0096]
在具体实施过程中，医用ct对岩石材料进行扫描，容易出现射线束硬化伪影，所以，还需要对扫描图像进行伪影消除。
[0097]
本实施例中，采用下列步骤对扫描图像进行伪影消除：
[0098]
步骤a：识别所述扫描图像的中心点；
[0099]
步骤b：根据所述中心点，获得所述扫描图像中每个像素点基于所述中心点的位置信息；
[0100]
步骤c：根据所述位置信息和所述像素点的特征信息，获得特征曲线值；
[0101]
具体的，根据每个像素点与中心点的距离，以所述中心点为圆心，预设距离为半径，绘制多个圆，提取所述圆上所有像素点的特征信息，并计算平均值，获得所述圆的特征值，根据多个所述圆的特征值，绘制特征曲线，获得特征曲线值；
[0102]
步骤d：根据所述扫描图像中所有像素点的像素值和所述特征曲线值，获得消除伪影后的扫描图像。
[0103]
具体的，将所述扫描图像中每个像素点的像素值减去所述特征曲线值，获得每个像素点的新像素值，根据所述新像素值对应的像素点构成的图像，获得消除伪影后的扫描图像。
[0104]
步骤s13：获取所述消除伪影后的扫描图像的ct数。
[0105]
本实施例中，如图3所示为本实施例用ph＝1的硫酸溶液浸泡180天的岩样中间层横截面进行ct扫描得到的消除伪影后的扫描图像。ct数包括ct数均值和ct数方差；本实施例对岩样上、中、下三层进行扫描，获得的扫描结果为，上：ct数均值为2006.2，ct数方差为209.3；中：ct数均值为2002.9，ct数方差为183.7；下：ct数均值为1991.8，ct数方差为199.4。实际分析过程中，可以通过获取的ct数均值和ct数方差对岩样进行初步分析，比如细观结构的特征分析。具体还可针对不同程度的浸泡试验进行酸腐蚀过程分析，此处不再赘述。
[0106]
步骤s20：根据所述扫描图像的ct数，获得ct数直方图。
[0107]
具体的，ct数直方图为描述包含不同密度样品ct数的概率函数，其本质反映的是ct图像中某ct数与这一量级ct数存在的频率之间的关系。直方图的横坐标为ct数量级，纵坐标为某一ct数的总数，即该ct数的像素数量。
[0108]
酸性溶液的腐蚀使得岩样细观结构产生损伤，导致其微观结构及物理力学特性的劣化，在腐蚀岩样的ct扫描图像中表现为岩样ct数的改变。因此，采用ct数直方图技术能够分析酸性环境腐蚀过程中岩样细观结构的损伤状况，且能够通过ct数量级的改变定量描述其各相介质的含量。
[0109]
砂岩在受酸浸蚀的过程当中，细观损伤的演变会引起其内部结构的变化，在ct数直方图上表达为ct数峰值呈现频率的转变，因此能够采用ct数直方图中频数的转变来分析受酸腐蚀岩样的损伤演变过程。本实施例中，对图3受ph＝1硫酸腐蚀180天的砂岩岩样的中间层ct扫描图像进行分析，通过编制的matlab图像处理程序获取其ct值频数分布曲线，即获取的ct数直方图如图4所示，图中ct数的变化和峰型变化可以用来分析砂岩材料的损伤演化规律。在具体分析过程中，针对受酸腐蚀不同天数的岩样的扫描图像，绘制对应的ct数直方图，可以基于ct数峰值频数变化趋势对岩石损伤过程的腐蚀变化进行分析。
[0110]
步骤s30：根据所述ct数直方图的峰型分布，获得所述目标岩石的损伤变量。
[0111]
具体的，所述步骤s30，可以包括：
[0112]
步骤s31：判断所述ct数直方图的峰型分布类型，所述峰型分布类型包括单峰型和双峰型；
[0113]
步骤s32：针对所述峰型分布类型，获得所述目标岩石的损伤变量。
[0114]
在具体实施过程中，腐蚀0天砂岩的ct值频数曲线峰型呈现为单峰型分布，腐蚀180天砂岩的ct值频数曲线峰型呈现为双峰型分布，如图4，且随着腐蚀时间的延长，另一峰值逐渐增大且与第一峰值的差值逐渐缩小。腐蚀砂岩ct值频数分布曲线由单峰型向双峰型转变，说明受酸腐蚀后，砂岩的损伤并不是原来单一的由材料缺陷引起的损伤，而且也有矿物颗粒溶解引起的空洞损伤，且随着腐蚀时间的延长，该损伤越来越呈现主导地位。因此，在面对某个不清楚腐蚀时间的砂岩时，获取到其ct数直方图后，即可知晓其当前损伤导致的原因，对应的有两种不同的损伤变量求解方式。
[0115]
在一种实施方式中，所述步骤s32，可以包括：
[0116]
步骤s32a：当所述峰型分布类型为单峰型时，通过第一计算式获得所述目标岩石的损伤变量，所述第一计算式为：
[0117][0118]
其中，d
c
表示所述目标岩石的损伤变量；
[0119]
λ表示所述目标岩石扫描截面内分辨单元中孔洞个数的孔洞密集度，
[0120]
v0表示所述分辨单元内孔洞的平均面积，其中，d(ρ)表示数学方差，e(ρ)表示数学期望，e(ρ)＝ρ0(1
‑
λv0)；
[0121]
ρ0表示所述目标岩石的物质密度，ρ表示所述分辨单元的平均密度分布，其中，n表示所述分辨单元内孔洞的个数，v表示所述分辨单元内孔洞的实际面积。
[0122]
在另一种实施方式中，所述步骤s32，可以包括：
[0123]
步骤s32b：当所述峰型分布类型为双峰型时，通过第二计算式获得所述目标岩石的损伤变量，所述第二计算式为：
[0124][0125]
其中，d
c
表示所述目标岩石的损伤变量；
[0126]
d
c1
表示材料缺陷引起的损伤的损伤变量，d
c2
表示矿物颗粒溶解引起的空洞损伤的损伤变量；
[0127]
e(ρ1)表示材料缺陷引起的损伤的数学期望，e(ρ1)＝ρ0(1
‑
λ1v1)，其中，λ1、v1分别
为材料缺陷引起的损伤的特征分布参数；
[0128]
e(ρ2)表示矿物颗粒溶解引起的空洞损伤的数学期望，e(ρ2)＝ρ0(1
‑
λ2v2)，其中，λ2、v2分别为矿物颗粒溶解引起的空洞损伤的特征分布参数；
[0129]
ρ0表示所述目标岩石的物质密度。
[0130]
本实施例中，基于ct数的受酸腐蚀砂岩双峰型分布损伤变量公式的推导过程如下：
[0131]
首先，假设岩石内损伤表现为孔洞，且孔洞在岩石内呈随机分布；ct分辨单元内任意孔洞的面积大致相同，该面积为v0；在互补相交的面域内空洞个数相互独立；在以t为中心的分辨单元的面积t内，有h个空洞的概率p
h
(t)仅与t有关，与t无关，且p0(t)不恒为1；t内只有有限个孔洞，即在分辨单元的面积t内出现对于一个孔洞的概率是关于t的高阶无穷小，即
[0132]
对于ct数频数曲线为单峰型分布的岩石材料，设ct分辨单元的面积为t，可证明在分辨单元的面积t中孔洞个数n为k的概率为：
[0133][0134]
其中，λ为单位面积内孔洞个数的数学期望，若无损伤岩石物质密度为ρ0，分辨单元内孔洞个数为n，则分辨单元内平均密度分布为：
[0135][0136]
对不同的分辨单元，对ρ求期望及方差得：
[0137]
e(ρ)＝ρ0(1
‑
λv0)，
[0138][0139]
可解出孔洞面积v0与孔洞密集度λ为：
[0140][0141][0142]
v0、λ仅在单位面积内，则相应扫描截面上的损伤变量为：
[0143][0144]
其中，d表示所述目标岩石的损伤变量，s表示所述目标岩石扫描截面的面积，s1表示所述目标岩石扫描截面的有效面积，s2表示所述目标岩石扫描截面的损伤缺陷面积；a表示所述目标岩石扫描截面内分辨单元的数目，t表示所述分辨单元的面积，v0表示所述分辨单元内孔洞的平均面积，λ表示所述分辨单元内孔洞个数的孔洞密集
度，其中，ρ0表示所述目标岩石的物质密度；ρ表示所述分辨单元的平均密度分布，其中，n表示所述分辨单元内孔洞的个数，v表示所述分辨单元内孔洞的实际面积；d(ρ)表示数学方差，e(ρ)表示数学期望，e(ρ)＝ρ0(1
‑
λv0)。
[0145]
若ct设备的分辨率为w，则t＝w2，则受酸腐蚀砂岩的损伤变量为：
[0146][0147]
对于ct数频数曲线为双峰型分布的岩石材料，其损伤共包括两类，分别为材料缺陷引起的损伤(特征分布参数为λ1和v1)和矿物颗粒溶解引起的空洞损伤(特征分布参数为λ2和v2)，其损伤变量为：
[0148][0149]
其中，已知ct数与岩石密度的关系为其中，h为损伤岩样的ct数，h
r
为砂岩基质的ct数，ρ
r
为砂岩基质的密度。
[0150]
本实施例中，对ph＝1的硫酸溶液作用不同时段岩样各扫描层的损伤变量进行统计，得到表1：
[0151]
表1
[0152]
浸泡时间(天)d
s
d
z
d
x
d
p
00.06250.08310.07730.0743300.16920.18350.22780.1935900.32580.37310.32590.34161800.51280.48390.51470.5038
[0153]
上表中，d
s
表示ph＝1硫酸溶液作用后岩样上层不同腐蚀阶段的损伤变量，d
z
表示ph＝1硫酸溶液作用后岩样中层不同腐蚀阶段的损伤变量，d
x
表示ph＝1硫酸溶液作用后岩样下层不同腐蚀阶段的损伤变量，d
p
为d
s
、d
z
、d
x
的平均值。本实施例中，针对图4的ct值直方图，获得的目标岩石的损伤变量为0.5038。
[0154]
步骤s40：对所述损伤变量和所述目标岩石的损伤影响参数进行拟合，获得拟合曲线，以对所述目标岩石进行损伤分析，获得损伤分析结果。
[0155]
具体的，所述目标岩石的损伤影响参数包括腐蚀时间和力学参数，所述力学参数包括单轴峰值强度、峰值应变和弹性模量；所述步骤s40，可以包括：
[0156]
步骤s41：对所述损伤变量和所述腐蚀时间进行拟合，获得第一拟合曲线，其中，拟合时采用的计算式为：
[0157]
d
p
(t)＝αt
β
，
[0158]
其中，d
p
表示所述目标岩石的平均损伤变量，t表示所述目标岩石的腐蚀时间，单位：天，α、β均表示所述目标岩石的化学影响系数；
[0159]
步骤s42：对所述损伤变量和所述力学参数进行拟合，获得第二拟合曲线，其中，拟合时采用的计算式为：
[0160][0161]
其中，y表示力学参数；a、b、c均表示所述目标岩石的化学影响系数，e表示自然指数。具体的，y可以表示峰值强度，单位：mpa、峰值应变或弹性模量，单位：gpa。
[0162]
本实施例中，为了定量分析受酸腐蚀砂岩损伤变量与腐蚀浸泡时间、单轴峰值强度、峰值应变、弹性模量的关系，对损伤变量与上述参数进行拟合。
[0163]
首先，通过步骤s41获得第一拟合曲线，即浸泡时间与损伤变量的关系，再对所述损伤变量和所述单轴峰值强度、所述峰值应变、所述弹性模量分别进行拟合，分别获得第二拟合曲线、第三拟合曲线和第四拟合曲线，第二拟合曲线即峰值强度与损伤变量的关系，第三拟合曲线即峰值点应变与损伤变量的关系，第四拟合曲线即弹性模量与损伤变量的关系。如图5所示为本实施例获得的拟合曲线。图5为针对ph＝3的硫酸溶液、ph＝1的硫酸溶液、ph＝3的盐酸溶液、ph＝1的盐酸溶液分别对目标岩石进行酸腐蚀，按照上述步骤后，最终得到的拟合曲线，图中，图5(a)为第一拟合曲线，图5(b)为第二拟合曲线，图5(c)为第三拟合曲线，图5(d)为第四拟合曲线。
[0164]
然后，即可根据图5的拟合曲线对本实施例的目标岩石损伤进行分析，比如，由图5可知，受酸腐蚀岩石的损伤变量随浸泡溶液酸性的增强和浸泡时间的延长逐渐增大，相同ph值时，盐酸溶液中岩样的损伤变量较硫酸溶液中大，随着浸泡时间的延长，二者差距减小；受酸腐蚀岩样的峰值强度及弹性模量均随损伤变量的增大而减小，且其减小速率随损伤变量的增大逐渐变缓；受酸腐蚀岩样的峰值应变随损伤变量的增大而增大。
[0165]
最后，可得出最终分析结果，随着岩样的化学损伤程度越来越严重，其力学特性亦逐渐恶化。受酸腐蚀岩石的损伤变量与腐蚀时间呈幂函数关系，与峰值强度、峰值应变、弹性模量呈指数型函数关系。
[0166]
本实施例提供的基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法，通过对目标岩石进行医用ct扫描获得的扫描图像的ct数绘制ct数直方图，可初步分析出目标岩石内部结构的变化情况；再基于该ct数直方图的峰型分布，对应获得目标岩石的损伤变量，由ct数峰型分布判断目标岩石的受损状态，对应计算的损伤变量更准确；最后对该损伤变量与目标岩石的损伤影响参数进行拟合，获得对应的拟合曲线，研究人员即可根据该拟合曲线对目标岩石进行损伤分析，获得损伤分析结果。相比于现有技术，充分考虑了目标岩石的受损情况和影响因素，可以针对不同影响因素对目标岩石进行损伤分析，分析更全面，更精准。
[0167]
实施例二
[0168]
基于同一发明构思，参照图6，提出本发明基于医用ct扫描的岩石损伤分析装置的第一实施例，该基于医用ct扫描的岩石损伤分析装置可以为虚拟装置，应用于基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备。
[0169]
下面结合图6所示的功能模块示意图，对本实施例提供的基于医用ct扫描的岩石损伤分析装置进行详细描述，所述装置可以包括：
[0170]
图像获取模块，用于获取目标岩石的扫描图像以及所述扫描图像的ct数，所述扫描图像基于医用ct扫描所述目标岩石获得；
[0171]
ct数处理模块，用于根据所述扫描图像的ct数，获得ct数直方图；
[0172]
损伤变量计算模块，用于根据所述ct数直方图的峰型分布，获得所述目标岩石的损伤变量；
[0173]
损伤分析模块，用于对所述损伤变量和所述目标岩石的损伤影响参数进行拟合，获得拟合曲线，以对所述目标岩石进行损伤分析，获得损伤分析结果。
[0174]
进一步地，所述图像获取模块，可以包括：
[0175]
图像采集单元，用于获取目标岩石的扫描图像；
[0176]
伪影消除单元，用于对所述扫描图像进行伪影消除，获得消除伪影后的扫描图像；
[0177]
ct数获取单元，用于获取所述消除伪影后的扫描图像的ct数。
[0178]
更进一步地，所述图像采集单元，具体通过以下步骤获取目标岩石的扫描图像：
[0179]
获取目标岩石的圆柱体岩样；
[0180]
对所述圆柱体岩样不同扫描层位的横截面进行扫描，获得对应的扫描图像，其中，所述不同扫描层位包括所述圆柱体岩样的上部、中部和下部。
[0181]
进一步地，所述损伤变量计算模块，可以包括：
[0182]
峰型分布识别单元，用于判断所述ct数直方图的峰型分布类型，所述峰型分布类型包括单峰型和双峰型；
[0183]
损伤变量计算单元，用于针对所述峰型分布类型，获得所述目标岩石的损伤变量。
[0184]
在一种实施方式中，所述损伤变量计算单元，具体用于：
[0185]
当所述峰型分布类型为单峰型时，通过第一计算式获得所述目标岩石的损伤变量，所述第一计算式为：
[0186][0187]
其中，d
c
表示所述目标岩石的损伤变量；
[0188]
λ表示所述目标岩石扫描截面内分辨单元中孔洞个数的孔洞密集度，
[0189]
v0表示所述分辨单元内孔洞的平均面积，其中，d(ρ)表示数学方差，e(ρ)表示数学期望，e(ρ)＝ρ0(1
‑
λv0)；
[0190]
ρ0表示所述目标岩石的物质密度，ρ表示所述分辨单元的平均密度分布，其中，n表示所述分辨单元内孔洞的个数，v表示所述分辨单元内孔洞的实际面积。
[0191]
在另一种实施方式中，所述损伤变量计算单元，具体用于：
[0192]
当所述峰型分布类型为双峰型时，通过第二计算式获得所述目标岩石的损伤变
量，所述第二计算式为：
[0193][0194]
其中，d
c
表示所述目标岩石的损伤变量；
[0195]
d
c1
表示材料缺陷引起的损伤的损伤变量，d
c2
表示矿物颗粒溶解引起的空洞损伤的损伤变量；
[0196]
e(ρ1)表示材料缺陷引起的损伤的数学期望，e(ρ1)＝ρ0(1
‑
λ1v1)，其中，λ1、v1分别为材料缺陷引起的损伤的特征分布参数；
[0197]
e(ρ2)表示矿物颗粒溶解引起的空洞损伤的数学期望，e(ρ2)＝ρ0(1
‑
λ2v2)，其中，λ2、v2分别为矿物颗粒溶解引起的空洞损伤的特征分布参数；
[0198]
ρ0表示所述目标岩石的物质密度。
[0199]
进一步地，所述目标岩石的损伤影响参数包括腐蚀时间和力学参数，所述力学参数包括单轴峰值强度、峰值应变和弹性模量；所述损伤分析模块，可以包括：
[0200]
第一拟合单元，用于对所述损伤变量和所述腐蚀时间进行拟合，获得第一拟合曲线，其中，拟合时采用的计算式为：
[0201]
d
p
(t)＝αt
β
，
[0202]
其中，d
p
表示所述目标岩石的平均损伤变量，t表示所述目标岩石的腐蚀时间，单位：天，α、β均表示所述目标岩石的化学影响系数；
[0203]
第二拟合单元，用于对所述损伤变量和所述力学参数进行拟合，获得第二拟合曲线，其中，拟合时采用的计算式为：
[0204][0205]
其中，y表示力学参数；a、b、c均表示所述目标岩石的化学影响系数，e表示自然指数。
[0206]
需要说明，本实施例提供的基于医用ct扫描的岩石损伤分析装置中各个模块可实现的功能和对应达到的技术效果可以参照本发明基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法各个实施例中具体实施方式的描述，为了说明书的简洁，此处不再赘述。
[0207]
实施例三
[0208]
基于同一发明构思，参照图2，为本发明各实施例涉及的基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备的硬件结构示意图。本实施例提供了一种基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备，所述设备可以包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现本发明基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法各个实施例的全部或部分步骤。
[0209]
具体的，所述基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备是指能够实现网络连接的终端设备或网络设备，可以是手机、电脑、平板电脑、便携计算机等终端设备，也可以是服务器、云平台等网络设备。
[0210]
可以理解，所述设备还可以包括通信总线，用户接口和网络接口。
[0211]
其中，通信总线用于实现这些组件之间的连接通信。
[0212]
用户接口用于连接客户端，与客户端进行数据通信，用户接口可以包括输出单元，
如显示屏、输入单元，如键盘，可选的，用户接口还可以包括其他输入/输出接口，比如标准的有线接口、无线接口。
[0213]
网络接口用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信，网络接口可以包括输入/输出接口，比如标准的有线接口、无线接口，如wi
‑
fi接口。
[0214]
存储器用于存储各种类型的数据，这些数据例如可以包括该基于医用ct扫描的岩石损伤分析设备中任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(static random access memory，简称sram)，可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read
‑
only memory，简称eprom)，可编程只读存储器(programmable read
‑
only memory，简称prom)，只读存储器(read
‑
only memory，简称rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘，可选的，存储器还可以是独立于所述处理器的存储装置。
[0215]
处理器用于调用存储器中存储的计算机程序，处理器可以是专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、数字信号处理设备(digital signal processing device，简称dspd)、可编程逻辑器件(programmable logic device，简称pld)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，简称fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件，用于执行如上述基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法各个实施例的全部或部分步骤。
[0216]
实施例四
[0217]
基于同一发明构思，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、app应用商城等等，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序可被一个或多个处理器执行，所述计算机程序被处理器执行时可以实现本发明基于医用ct扫描的岩石损伤分析方法各个实施例的全部或部分步骤。
[0218]
需要说明，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0219]
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。