《岩石破裂過程微波輻射變化規律與敏感波段實驗研究》是依託東北大學，由劉善軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：岩石破裂過程微波輻射變化規律與敏感波段實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉善軍
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
岩石破裂引發的地質災害是危害人類安全的主要災害之一，對災害前兆的監測、識別與預警是防災減災的關鍵。本研究針對岩石破裂過程微波監測的實驗研究現狀及存在問題，利用7波段微波輻射計，並輔以熱成像儀、聲發射儀、數字攝像機等設備，系統開展岩石在單軸壓縮、拉伸、壓剪作用下微波輻射變化觀測實驗研究，揭示岩石在不同載入方式下微波輻射變化的基本規律與破裂前兆特徵,尋找微波輻射對岩石應力與災變回響的敏感波段和極化方式，建立載入岩石的力學參數與微波輻射參數之間的定性與定量關係。然後，基於微波物理、岩石力學、量子力學及熱力學等理論，並結合介電常數、溫度與掃描電鏡微觀結構測試，探索岩石受力及破裂過程微波輻射變化的物理機制與微觀機理。本研究對於揭示岩石的遙感物理特性、豐富遙感-岩石力學理論有學術意義，對於促進微波遙感用於岩體應力狀態和穩定性監測、以及固體地球災害、礦山災害和工程結構災害的監測預警有現實意義。
結題摘要
岩石應力與災變的遙感監測是近年來研究的熱點問題。以往研究主要開展了岩石受力過程的紅外輻射變化規律的研究，為後續研究奠定了重要基礎。本項目利用微波輻射計、熱成像儀、溫度測試儀、聲發射儀、數字攝像機等設備，開展了岩石在變形與破裂過程微波輻射變化觀測實驗研究，揭示了岩石在變形與破裂過程的微波輻射變化的基本規律。然後基於分層介質微波輻射理論分析了破裂岩石的微波輻射特徵與影響因素，並進行了實驗驗證。在此基礎上，結合岩石的微觀測試和介電常數測試，開展了岩石變形與破裂過程微波輻射變化的物理機理分析。主要結論和成果有：（1）發現實驗環境對岩石載入過程微波輻射觀測結果有重要影響，當實驗在室內進行時，由於環境溫度和試樣溫度相近，載入導致的岩石微波信號的變化被環境輻射所淹沒，不能有效提取因受力造成的微波輻射變化。基於此，建立了室外天空冷背景下岩石載入微波觀測實驗系統，並利用該系統開展了岩石載入工程微波觀測實驗，取得了新成果；（2）實驗發現岩石在彈性變形階段，微波亮溫與載荷間成線性正相關關係。對於單軸抗壓強度為150MPa的花崗岩，在破裂前微波亮溫可上升2.25 K，是物理溫度上升的10倍左右；（3）岩石受力破裂時，微波亮度溫度一般會下降，而當表面形態和粗糙度明顯變化或破裂摩擦效應明顯時，微波亮度溫度會上升；（4）岩性對岩石載入微波輻射觀測結果有重要影響，對於脆性強和孔隙少的岩石，微波輻射與載荷的線性關係明顯；而對於內部孔隙較多的岩石，因孔隙壓密造成的微波效應使得微波輻射與載荷的線性關係不明顯；（5）使用水平極化方式對岩石變形與破裂現象進行微波觀測，比垂直極化方式效果好，表明岩石受力災變的微波敏感極化方式為水平極化；（6）從使用Ka、K、C、X、Ku 5個波段的實驗結果來看，Ka、K、C波段對應力作用回響敏感，而X、Ku回響不敏感；（7）基於分層介質微波輻射理論建立了破裂岩石微波輻射的數學模型，利用該模型分析了破裂岩石微波輻射的影響因素和影響特徵；（8）機理分析結果表明，岩石載入過程微波輻射變化的影響因素可分為3大類12小類。這些因素的綜合作用導致了不同岩石、不同載入方式、不同實驗條件下岩石變形與破裂微波輻射變化的多樣性和差異性。 本研究成果豐富了遙感-岩石力學的內容，具有學術意義，對於促進微波遙感用於岩體應力狀態和穩定性監測、以及固體地球災害、礦山災害和工程結構災害的監測預警有現實意義。
