CN108693040A - 一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提出一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，涉及岩石力学工程技术领域，该方法包括：对从工程现场采集的岩芯加工成板状试样，试样成型后在试样的表面先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场；采用CT扫描机对板状试样进行扫描，得到内部缺陷特征；采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征；板状试样被破坏后，利用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本。本发明实施例所提供的一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，能够提升探索岩石破坏特征及破坏机制的协同性。
Description
技术领域
本发明涉及岩石力学工程技术领域，具体而言，涉及一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法。
背景技术
围岩破裂和破坏问题是困扰我国水电、水利、交通以及深地能源和资源开发利用的关键难题。锦屏二级水电站深埋引水隧洞、锦屏极深暗物质地下实验室、引汉济渭、白鹤滩水电站、义马煤矿、二道沟金矿等工程建设或开采中均因频繁遭遇高应力灾害问题而蒙受大量经济损失，深部高应力下地下工程破坏与灾害问题无法回避。大量工程实践表明，岩石工程的失稳通常是在外力作用下内部裂隙闭合、起裂、扩展以及贯通并最终导致破坏的结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，能够提升探索岩石破坏特征及破坏机制的协同性。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
本发明实施例提供了一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，所述方法包括：对从工程现场采集的岩芯加工成板状试样，试样成型后在试样的表面先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场；采用CT扫描机对板状试样进行扫描，得到内部缺陷特征；采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征；板状试样被破坏后，利用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本。
进一步地，板状试样的高宽比为2:1。
进一步地，板状试样的高宽厚分别为50mm、25mm及10mm。
进一步地，CT扫描机对板状试样进行扫描时，沿板状试样的高度方向自上而下每隔1mm扫描一层。
进一步地，岩石压力机的位移加载速率为0.001～0.002mm/s。
进一步地，岩石压力机的位移加载速率为0.001mm/s。
进一步地，声发射设备的振幅门槛值为40dB，且声发射设备的传感器尺寸与板状试样的尺寸相匹配。
进一步地，在板状试样被破坏前，高速相机的拍摄帧率为50张/s，在临近破坏时高速相机的拍摄帧率为1500张/s。
进一步地，在采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征的步骤之前，所述方法还包括：
采用偏光显微镜对岩石薄片进行观察，得到矿物结构构造特征、矿物颗粒大小及矿物成分。
进一步地，岩石薄片的高宽厚分别为30mm、20mm及0.3mm。
相对于现有技术，本发明实施例所提供的一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，通过利用CT扫描机对板状试样，得到板状试样的内部缺陷特征后，再利用岩石压力机、声发射设备、高速相机及数字散斑设备，获得板状试样受载过程中的力学变化规律、裂纹演化规律、声发射演化特征，并用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本，以便对该岩石断口细观形貌特征样本进行分析，得到岩石的破坏特征及破坏机制，相比于现有技术，高效快捷，能够提升探索岩石破坏特征及破坏机制的协同性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法的一种示意性流程图；
图2为板状试样的实物和散斑对比图；
图3为岩芯CT扫描示意图；
图4为岩石试样应力、声发射和破裂演化过程示意图；
图5为岩石断口细观形貌特征样本示意图；
图6为岩石偏光显微镜照片示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
岩石本身是一种非常复杂的非均匀材料，包含了从微观到宏观各种尺度的缺陷，在荷载作用下岩石的裂纹扩展规律极其复杂，人们对岩石裂纹扩展的内在机制还没有完全理解和掌握；另一方面，目前对于受载状态下岩石的破裂演化过程和破坏特征的探索往往采用单一的试验方法，每种方法都有自身的不足和局限性，很难通过单一的方法全面的掌握和系统的了解。
请参阅图1，图1示出了本发明实施例所提供的一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法的一种示意性流程图，在本发明实施例中，该岩石破裂演化和破坏特征试验方法包括以下步骤：
步骤S100，对从工程现场采集的岩芯加工成板状试样，试样成型后在试样的表面先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场。
在制造岩石断口细观形貌特征样本时，首先对从工程现场采集的岩石或者岩芯进行加工，得到板状试样，比如说，从地下厂房洞群的工程现场采集的岩芯，加工得到的板状试样上下端面平整，且高宽比为2:1，保证受载的过程中产生二维破裂状态时不至于产生较大弯曲和曲外变形，实现以试件表面裂纹的精细化量测来表征内部裂纹的变化形态。
具体地，作为一种实施方式，板状试样的高宽厚分别为50mm、25mm及10mm。
得到板状试样后，在板状试样的表面，分别先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场。比如，请参阅图2，图2为板状试样的实物和散斑对比图，其中，图2(1)为板状试样的实物图，图2(2)为板状试样的散斑图。
步骤S200，采用CT扫描机对板状试样进行扫描，得到内部缺陷特征。
在加载压力试验前，需要获知板状试样的内部缺陷特征，以观察板状试样材料的细观结构及损伤演化特性等，进而获得岩石内部结构信息。
在本发明实施例中，利用西门子SOMATOM Sensation40CT机对岩芯试样进行扫描，以得到板状试样的内部缺陷特征。其中，在利用CT扫描机对板状试样进行扫描时，沿板状试样的高度方向自上而下每隔1mm扫描一层，获得结果如图3所示。依据图3可以获知，在该板状试样中，表面无明显裂纹，但内部存在较多不同尺度随机分布的隐微裂隙，多数裂隙迹线长1～3cm，尺寸较小，裂隙面与试样轴向夹角凌乱，试样中心稍下位置发育有最大裂隙，迹线长约3～5cm，裂隙倾角约45°。
步骤S400，采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征。
为获得板状试样在受载过程中的应力应变曲线和最终破坏模式，在采用岩石压力机对不同结构特征的板状试样进行力学试验的同时，还采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征。
作为一种实施方式，岩石压力机在开展力学试验时，位移加载速率为0.001～0.002mm/s。例如，作为一种具体的实施方式，位移加载速率可设置为0.001mm/s，采用型号为DNS100的电液伺服试验机，最大轴向荷载100kN，采用位移控制方式，以0.001mm/s的速率加载直至试样破坏。
并且，声发射设备的振幅门槛值为40dB，且声发射设备的传感器尺寸与板状试样的尺寸相匹配。例如，采用96通道声发射监测系统，门槛值为40dB，传感器尺寸为Φ5mm×4mm，与板状试样的大小相匹配。
并且，在板状试样被破坏前，高速相机的拍摄帧率为50张/s，在临近破坏时高速相机的拍摄帧率为1500张/s。例如，采用型号为FASTCAM SA5的高速相机，1024×1024像素，最高帧率100万帧/s，试样加载前期拍摄帧率为50张/s，临近破坏时按1500张/s拍摄。
并且，数字散斑设备可以采用数字照相量测实用软件系统PhotoInfor。
请参阅图4，图4为岩石试样应力、声发射和破裂演化过程示意图，如图4所示，试样峰值强度为69.26MPa，强度较高；应力-应变曲线呈锯齿状，峰前多次应力跌落，每次应力跌落后曲线继续上升，斜率基本不变，峰值后试样瞬间破坏。试样表面脱落、掉皮，破裂面凸凹不平，平行于试样表面，以劈裂破坏为主。
如图4所示，试样初始压密阶段声发射事件不显著，少量的能量耗散于裂隙闭合过程中；随着应力升高，出现多次明显应力跌落，第一次跌落对应的应力为14.20MPa，每次应力跌落过程均有声发射事件数和能量的突增，声发射事件数最大为280个，表明岩样受隐微裂隙影响，局部出现破裂或隐微裂隙本身发生扩展或错动，岩样存储的弹性应变能释放；峰值点处，声发射事件数较小，但声发射能量很大(13000aJ)，表现为大的破裂面形成贯通，试样最终破坏。试样声发射基本分散于整个过程，声发射事件数大，而能量较小。
如图4所示，该试样表面无明显裂纹，初始压密阶段未见明显破裂，位移呈层状较均匀状态增加，出现明显的分层和对称现象；加载过程中出现多次应力跌落，每一次应力对应着裂纹的起裂、扩展和贯通，并发出“劈啪”声响，继续增加荷载，试样仍具承载能力；第一次应力降试样顶部小范围剥落，此后每一次应力降表面剥落范围扩大，自裂纹出现至试样破坏位移场分层现象消失，逐渐呈现非连续性；峰值附近裂纹进一步扩展，最后破坏；整个破坏过程持续时间长，脆性较为显著。
步骤S500，板状试样被破坏后，利用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本。
板状试样经岩石压力机被破坏后，形成了断裂面，利用电子显微镜扫描板状试样形成的断裂面断口处，即获得了该板状试样的岩石断口细观形貌特征样本。
例如，采用型号为Quanta 250的电子显微镜，其最大放大倍数为106。请参阅图5，图5为岩石断口细观形貌特征样本示意图，如图5所示，断口比较干净，断面上没有或者少有散落的岩屑，看不到擦痕迹线，是岩石张拉破坏的典型特征；矿物颗粒晶体通常呈板条状、柱状，断口棱角锋利鲜明、凸凹不平，断口形状基本与晶体轮廓一致，可以判断细观破坏机制主要为沿晶断裂。
基于上述设计，本发明实施例所提供的一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，通过利用CT扫描机对板状试样，得到板状试样的内部缺陷特征后，再利用岩石压力机、声发射设备、高速相机及数字散斑设备，获得板状试样受载过程中的力学变化规律、裂纹演化规律、声发射演化特征，并用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本，以便对该岩石断口细观形貌特征样本进行分析，得到岩石的破坏特征及破坏机制，相比于现有技术，高效快捷，能够提升探索岩石破坏特征及破坏机制的协同性。
为了直观地展现微裂隙的发展规律，作为一种实施方式，请继续参阅图1，在本发明实施例中，在执行步骤S400之前，该岩石破裂演化和破坏特征试验方法还包括：
步骤S300，采用偏光显微镜对岩石薄片进行观察，得到矿物结构构造特征、矿物颗粒大小及矿物成分。
具体地，采用Leitz-ORTHOPLAN偏光显微镜对加工得到的岩石薄片进行观察，然后分析得到矿物结构构造特征、矿物颗粒大小及矿物成分。
作为一种实施方式，岩石薄片的高宽厚分别为30mm、20mm及0.3mm，。
请参阅图6，图6为岩石偏光显微镜照片示意图，在偏光显微镜下为少杏仁状构造，基质具间隐结构。杏仁体呈近圆状，直径0.1～0.2mm，充填物主要是绿泥石。基质含量约95％，矿物成分主要是斜长石和隐晶质，含少量辉石；斜长石呈显微板条状，聚片双晶发育，粒径0.02～0.2mm；辉石呈微粒状，粒径小于0.02mm；隐晶质是熔岩喷发过程中未结晶的物质，颜色较暗、模糊不清，在偏光显微镜下难以分辨。
综上所述，本发明实施例所提供的一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，通过利用CT扫描机对板状试样，得到板状试样的内部缺陷特征后，再利用岩石压力机、声发射设备、高速相机及数字散斑设备，获得板状试样受载过程中的力学变化规律、裂纹演化规律、声发射演化特征，并用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本，以便对该岩石断口细观形貌特征样本进行分析，得到岩石的破坏特征及破坏机制，相比于现有技术，高效快捷，能够提升探索岩石破坏特征及破坏机制的协同性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，其特征在于，所述方法包括：
对从工程现场采集的岩芯加工成板状试样，试样成型后在试样的表面先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场；
采用CT扫描机对板状试样进行扫描，得到内部缺陷特征；
采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征；
板状试样被破坏后，利用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，板状试样的高宽比为2:1。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，板状试样的高宽厚分别为50mm、25mm及10mm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，CT扫描机对板状试样进行扫描时，沿板状试样的高度方向自上而下每隔1mm扫描一层。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，岩石压力机的位移加载速率为0.001～0.002mm/s。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，岩石压力机的位移加载速率为0.001mm/s。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，声发射设备的振幅门槛值为40dB，且声发射设备的传感器尺寸与板状试样的尺寸相匹配。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在板状试样被破坏前，高速相机的拍摄帧率为50张/s，在临近破坏时高速相机的拍摄帧率为1500张/s。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征的步骤之前，所述方法还包括：
采用偏光显微镜对岩石薄片进行观察，得到矿物结构构造特征、矿物颗粒大小及矿物成分。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，岩石薄片的高宽厚分别为30mm、20mm及0.3mm。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109632487A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-16 | 东北大学 | 一种室内岩石在载荷作用下内部应变场的定性测试方法 |
| CN109709120A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-03 | 西南交通大学 | 预制变形纯钛的散斑制备方法及纯钛的退孪晶表征方法 |
| CN110765572A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-02-07 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种杏仁状玄武岩单三轴试验连续非连续数值模拟方法 |
| CN113074999A (zh) * | 2021-03-27 | 2021-07-06 | 西南石油大学 | 一种基于3d打印预制裂缝的岩板裂缝扩展试验方法 |
| CN113155874A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-07-23 | 北京科技大学 | 三轴压缩下岩石与充填体耦合破裂分析方法及装置 |
| CN113758807A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-12-07 | 同济大学 | 一种跨尺度的裂隙岩体水力耦合可视化试验方法 |
| CN113933122A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-14 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 三维轴对称光滑曲面内裂隙的制作方法 |
| CN114216795A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-03-22 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种岩体结构破坏模式的快速识别方法 |
| CN114354351A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-15 | 东北大学 | 一种基于多源异构数据的岩石破坏过程实时监测预警系统及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105277428A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-01-27 | 中国矿业大学 | 脆性材料高低温加载下力学特性损伤变化测量系统及方法 |
| CN105716947A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-06-29 | 河海大学 | 一种岩石的细观蠕变破坏过程的测试方法 |
| CN107101888A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-08-29 | 青岛理工大学 | 一种岩石压缩破坏预测方法 |
| CN107782626A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-03-09 | 中南大学 | 一种脆性材料起裂应力测量系统及测量方法 |
| CN107907402A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-13 | 北京科技大学 | 硐室岩壁脆剪过渡式破坏模拟仪 |
| CN108398331A (zh) * | 2018-02-23 | 2018-08-14 | 山东大学 | 一种岩石多元信息采集系统及试验方法 |
-
2018
- 2018-09-03 CN CN201811018385.9A patent/CN108693040A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105277428A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-01-27 | 中国矿业大学 | 脆性材料高低温加载下力学特性损伤变化测量系统及方法 |
| CN105716947A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-06-29 | 河海大学 | 一种岩石的细观蠕变破坏过程的测试方法 |
| CN107101888A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-08-29 | 青岛理工大学 | 一种岩石压缩破坏预测方法 |
| CN107782626A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-03-09 | 中南大学 | 一种脆性材料起裂应力测量系统及测量方法 |
| CN107907402A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-13 | 北京科技大学 | 硐室岩壁脆剪过渡式破坏模拟仪 |
| CN108398331A (zh) * | 2018-02-23 | 2018-08-14 | 山东大学 | 一种岩石多元信息采集系统及试验方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张波: "薄片显微图像技术在岩石鉴定中的应用", 《石化技术》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109632487A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-16 | 东北大学 | 一种室内岩石在载荷作用下内部应变场的定性测试方法 |
| CN109709120A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-03 | 西南交通大学 | 预制变形纯钛的散斑制备方法及纯钛的退孪晶表征方法 |
| CN109709120B (zh) * | 2019-01-17 | 2021-09-14 | 西南交通大学 | 预制变形纯钛的散斑制备方法及纯钛的退孪晶表征方法 |
| CN110765572A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-02-07 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种杏仁状玄武岩单三轴试验连续非连续数值模拟方法 |
| CN110765572B (zh) * | 2019-09-12 | 2021-04-09 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种杏仁状玄武岩单三轴试验连续非连续数值模拟方法 |
| CN113074999A (zh) * | 2021-03-27 | 2021-07-06 | 西南石油大学 | 一种基于3d打印预制裂缝的岩板裂缝扩展试验方法 |
| CN113155874A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-07-23 | 北京科技大学 | 三轴压缩下岩石与充填体耦合破裂分析方法及装置 |
| CN113758807A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-12-07 | 同济大学 | 一种跨尺度的裂隙岩体水力耦合可视化试验方法 |
| CN113933122A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-14 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 三维轴对称光滑曲面内裂隙的制作方法 |
| CN114216795A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-03-22 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种岩体结构破坏模式的快速识别方法 |
| CN114216795B (zh) * | 2021-11-10 | 2024-05-14 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种岩体结构破坏模式的快速识别方法 |
| CN114354351A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-15 | 东北大学 | 一种基于多源异构数据的岩石破坏过程实时监测预警系统及方法 |
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