(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211110312.9 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 郑州大学 地址 450001 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 杜明瑞　方宏远　郑前坤　赵鹏　 姚煦霈　杜雪明　肖封　 (74)专利代理 机构 北京正华智诚专利代理事务 所(普通合伙) 11870 专利代理师 刘方正 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01B 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种高聚物注浆材料破坏特征的试验装置 及其试验方法 (57)摘要 本发明公开了一种高聚物注浆材料破坏特 征的试验装置及其试验 方法， 试验装置包括试验 机、 夹具和用于扫描并获取高聚物注 浆材料破坏 特征图像的CT机， 试验时， 先将试样固定在夹具 上， 试验机多次 向夹具内的试样施加不同数值的 竖直向下压力， CT机获取试样在不同的压力作用 下内部结构图像， 通过使用Image J软件分割试样 内部灰度图得到裂缝的位置和尺 寸变化， 使 得获 取的高聚物注 浆材料破坏特征更加准确， 解决了 现有破坏特征表征方法因通过试样的表面破坏 现象来研究试样的破坏特征而导致研究结果存 在不合理和片面的问题。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115326584 A 2022.11.11 CN 115326584 A 1.一种高聚物注浆材料破坏特征的试验装置， 其特征在于， 包括试验机、 夹具和用于扫 描并获取高聚物注浆材料破坏特征图像的CT机； 所述夹具包括下夹板， 所述下夹板上设置 有多根螺杆， 每根所述螺杆顶部 设置有螺纹段； 每根螺杆顶部均螺纹连接有一颗夹紧螺母， 下夹板的上端面设置有压力传感器， 所述压力传感器电性连接有电子压力表， 压力传感器 的上端面设置有受力板， 所述受力板顶部设置有带有多个安装通孔的上夹板， 所述上夹板 通过多个安装通孔与多根螺杆的顶部滑动配合； 多颗所述夹紧螺母均位于上夹板的顶部； 高聚物注浆材料试样设置 于下夹板和上夹 板之间； 试验机包括用于承载夹具的试验台和用于向上夹 板施加竖直向下压力的试验机 压头。 2.根据权利要求1所述的高聚物注浆材料破坏特征的试验装置， 其特征在于， 所述下夹 板和上夹板均呈矩形结构， 多根所述螺杆的数量为4根， 4根螺杆分别设置于下夹板的四角 处； 多个安装通孔的数量为4个， 4个安装通孔分别设置于上夹板的四角处， 4个安装通孔的 位置与4根螺杆的位置相匹配。 3.一种根据权利要求1～2任一所述的高聚物注浆材料破坏特征的试验装置的试验方 法， 其特征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 固定高聚物注浆材料试样， 将夹具的上夹板去掉， 将试样放置在受力板上， 再将 上夹板装上， 通过拧紧夹紧螺母将高聚物 注浆材料试样固定在夹具 上； 步骤2、 获取高聚物注浆材料试样的原始内部结构图像， 将步骤1中固定有高聚物注浆 材料试样的夹具移至 CT机扫描， 获取高聚物 注浆材料试样的原 始内部结构图像； 步骤3： 定义高聚物注浆材料试样破坏特征的三个受力阶段， 根据高聚物注浆材料应 力‑应变曲线图定义三个不同的受力阶段， 三个不同阶段分别为初始压缩段、 线弹性段和应 力下降段； 步骤4： 分别获取高聚物注浆材料试样在初始压缩段、 线弹性段和应力下降段的内部结 构图像； 步骤5： 对步骤2中高聚物注浆材料试样的原始内部结构图像和步骤4中高聚物注浆材 料试样在不同受力阶段的内部结构图像进行图像处理， 分别获取每张图像中的裂缝、 泡孔 和固体基质。 4.根据权利要求3所述的高聚物注浆材料破坏特征的试验装置的试验方法， 其特征在 于， 在步骤1中， 拧紧夹紧螺母时， 电子压力表上的数值不超过高聚物注浆材料试样屈 服强 度的1％。 5.根据权利要求3所述的高聚物注浆材料破坏特征的试验装置的试验方法， 其特征在 于， 在步骤2中， 在CT机扫描 前， 将高聚物注 浆材料试样表 面擦拭干净， CT机的扫描区域为整 个高聚物 注浆材料试样。 6.根据权利要求3所述的高聚物注浆材料破坏特征的试验装置的试验方法， 其特征在 于， 在步骤4中， 分别获取高聚物注浆材料试样在初始压缩段、 线弹性段和应力下降段的内 部结构图像包括以下步骤： 步骤4.1， 启动试验机， 试验机压头向下竖直运动， 对上夹板施加竖直向下压力， 直至电 子压力表上 的数值与初始压缩段对应的应力数值相同后， 试验机压头停止竖直向下运动， 分别拧动4颗夹紧螺母直至4颗夹紧螺母的下端面与上夹板的上端面抵紧接触后停止， 试验权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326584 A 2机压头竖直向上移动， 从试验机内取出固定有高聚物注浆材料试样的夹具， 并将夹具移至 CT机扫描， 获取高聚物 注浆材料试样在初始压缩段的内部结构图像； 步骤4.2， 从CT机中取出固定有高聚物注浆材料试样的夹具， 并夹具转移至试验台上， 试验机压头通过上夹板对高聚物注浆材料试样施加竖直向下的压力， 直至电子压力表上的 数值与线弹性段对应的应力数值相同后， 试验机压头停止， 拧动4颗夹紧螺母使 上夹板夹紧 高聚物注浆材料试样， 取出夹具转移至CT机扫描， 获取高聚物注浆材料试样在初始压缩段 的内部结构图像； 步骤4.3， 从CT机中取出固定有高聚物注浆材料试样的夹具， 并夹具转移至试验台上， 试验机压头通过上夹板对高聚物注浆材料试样施加竖直向下的压力， 直至电子压力表上的 数值与应力下降段对应的应力数值相同后， 试验机压头停止， 拧动4颗夹紧螺母使 上夹板夹 紧高聚物注浆材料试样， 取出夹具转移至CT机扫描， 获取高聚物注浆材料试样在应力下降 段的内部结构图像。 7.根据权利要求3所述的高聚物注浆材料破坏特征的试验装置的试验方法， 其特征在 于， 在步骤5中， 获取图像中的裂缝、 泡 孔和固体 基质的方法包括以下步骤： 步骤5.1， 任意选用一张步骤4中图像的图片， 并将选中图片的边 缘部分裁掉； 步骤5.2， 将选中图片的泡 孔、 基质和裂缝 添加到不同的合 集中； 步骤5.3， 训练学习 方案， 借助Trainable  Weka Segmentation插件从输入图像中提取 图像特征， 将一组像素样本表示为特征向量来获得灰度值数据， 并在一组像素样本上通过 随机森林算法训练学习方案； 步骤5.4， 通过训练后的学习方案对图片中剩余图像数据进行分类， 获得图片的分割结 果； 步骤5.5， 对分割后的图片采用阈值分割来获得二值化图像， 并根据二值化图像得到高 聚物注浆材料试样内部裂缝的位置和尺寸变化。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326584 A 3