一种裂隙特征值测量方法 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及一种裂隙特征值测量方法，属于岩土工程技术领域。背景技术：2.膨胀土是自然地质形成过程中产生的一种具有多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的特殊黏性土；建设于典型膨胀土地区的公路具有“逢堑必滑，有堤必坍”的特点，表明膨胀土边坡复杂性与长期危害性；膨胀土的裂隙性与边坡稳定关系密切，主要体现于经受长期环境作用后，因裂隙发育导致强度衰减，进而引发边坡失稳；近年来，在道路、铁路等交通、水利水资源工程建设中，膨胀土边坡稳定性问题日益突出；因此，研究膨胀土裂隙发展规律已经成为岩土工程界所关注的重要课题。3.记录裂隙发展程度的方法通常有表面数码摄影法、ct机深度扫描、激光扫描仪。裂隙率是裂隙面积与试样面积之比值，可反映裂隙发育程度。虽然裂隙率总体描述裂隙发展情况，但由于环刀试样收缩后，在试样与环刀之间的边界也会产生裂隙，该裂隙对裂隙率数值影响显著。将环刀试样收缩所产生的边界裂隙全部计入所得裂隙率，称为总裂隙率；在试样失水收缩过程中，总裂隙率随含水率减少而呈现单调增加；不计入环刀试样收缩所产生的边界裂隙所得裂隙率为修正裂隙率；则修正裂隙率随含水率减少而在后期有减小现象；于是如何合理地反映试样边界的影响是尚存在争议；另外，裂隙宽度也是一项描述指标，但因裂隙宽度由细小不断增大时，长度相应增大，并且可能伴随其他裂隙的产生，形成分叉结构，于是沿长度方向很难判定裂隙最大宽度的具体位置，因此裂隙宽度较难测量。综上，要揭示裂隙发展机理，缺少精度较高的测量方法是急需解决的问题。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种裂隙特征值测量方法，解决了现有技术中测量精度较低的问题。5.为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：6.本发明提供了一种裂隙特征值测量方法，包括：7.获取裂隙真彩图；8.将裂隙真彩图转换为裂隙灰度图，对裂隙灰度图进行细化预处理；9.将预处理后的裂隙灰度图进行矢量化，得到裂隙矢量图；10.在裂隙矢量图上绘画闭合曲线式定位线，使定位线和裂隙轮廓线相交；11.对定位线和裂隙轮廓线的各交点处的裂隙宽度进行标注测量，得到裂隙宽度测量值，对其进行特征处理得到裂隙特征值。12.进一步的，所述细化预处理为：13.对裂隙灰度图进中的裂隙表面进行去斑处理。14.进一步的，所述裂隙特征值包括：15.裂隙宽度最大线值，通过取定位线上各交点处的裂隙宽度测量值的最大数值得到；16.裂隙宽度最小线值，通过取定位线上各交点处的裂隙宽度测量值的最小数值得到；17.裂隙宽度平均线值，通过取定位线上各交点处的裂隙宽度测量值的平均数值得到；18.裂隙线裂隙率，通过定位线上各交点处的裂隙宽度测量值之和与定位线长度求商得到；19.裂隙间距，通过定位线长度与交点个数求商得到。20.进一步的，还包括确定裂隙发展趋势的步骤：21.定位线上每个交点代表一条裂隙，分别对各交点处的裂隙宽度进行标注测量得到测量值，然后对测量值划分等级，得到裂隙发展趋势。22.进一步的，所述裂隙宽度测量值通过在cad软件中直接对定位线和裂隙轮廓线的各交点处的裂隙宽度进行标注得到。23.进一步的，还包括测量裂隙宽度真实值的步骤：24.指定裂隙矢量图的宽和高；25.将裂隙矢量图放大至能够观测到像素格子，根据色差确定裂隙的边界，标记裂隙与土体的分界线；26.根据标记得到该测点处裂隙宽度真实值。27.进一步的，还包括计算裂隙宽度的测量精度的步骤，所述测量精度通过以下方法进行计算：[0028][0029]其中，δ是测量精度，bt是裂隙宽度真实值，bi是裂隙宽度测量值。[0030]进一步的，还包括确定裂隙矢量图最优阈值的步骤：[0031]在裂隙灰度图上绘画闭合曲线式定位线，使其和裂隙轮廓线相交，从裂隙灰度图上的定位线中取m个测点，取的测点与不同阈值的裂隙矢量图上的定位线中的m个测点对应；[0032]测量裂隙灰度图上的定位线上m个测点的裂隙宽度真实值，取其平均值为btav；[0033]测量不同阈值裂隙矢量图上的定位线上m个测点的裂隙宽度测量值，取其平均值为biav；[0034]画出裂隙平均宽度差值|btav-biav|与阈值的关系曲线，取裂隙平均宽度差值为最小值所对应的阈值作为最优阈值。[0035]进一步的，所述裂隙特征值中包含的裂隙率的指标表达还包括：[0036]总裂隙率，通过包含固定边界裂隙效应时裂隙面积与土体总面积求商得到；[0037]修正裂隙率，通过不包含固定边界裂隙效应时裂隙面积与土体总面积求商得到；[0038]通过总裂隙率、修正裂隙率及所述线裂隙率的表达丰富了裂隙变化规律的表征。[0039]与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：[0040]本发明提供的一种裂隙特征值测量方法，提出闭合曲线式定位线用于辅助测量，显著提高裂隙测量精度；[0041]通过定位线上各交点处的裂隙宽度测量值之和与定位线长度求商得到裂隙线裂隙率，解决了以面积比值定义的裂隙率计算的总裂隙率与修正裂隙率关于如何考虑边界收缩效用的问题，线裂隙率可以反应裂隙先增大后减小的发展过程，以更好地认识裂隙变化规律。附图说明[0042]图1是本发明实施例提供的一种裂隙特征值测量方法的流程图；[0043]图2是本发明实施例提供的裂隙矢量图；[0044]图3是本发明实施例提供的裂隙中线线矢量图；[0045]图4是本发明实施例提供的裂隙矢量图测点示意图；[0046]图5是本发明实施例提供的裂隙平均宽度差值与阈值的关系曲线图；[0047]图6是本发明实施例提供的裂隙率随含水率变化关系图。具体实施方式[0048]下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。[0049]如图1所示，本发明实施例提供的一种裂隙特征值测量方法，包括：[0050]s1、获取裂隙真彩图。[0051]在本实施例中，采用数码相机拍照记录环刀试样的裂隙发育图片，得到裂隙真彩图。[0052]s2、将裂隙真彩图转换为裂隙灰度图，对裂隙灰度图进行细化预处理。[0053]在本实施例中，通过r2v软件将裂隙真彩图转换为裂隙灰度图，然后对裂隙灰度图中裂隙表面进行细化预处理(即去斑处理)。[0054]s3、将预处理后的裂隙灰度图进行矢量化，得到裂隙矢量图。[0055]在本实施例中，通过r2v软件将预处理后的裂隙灰度图进行矢量化，输出裂隙矢量图时设置为dxf格式，即可作为cad软件的绘图交换文件。[0056]s4、在裂隙矢量图上绘画闭合曲线式定位线，使定位线和裂隙轮廓线相交。[0057]在本实施例中，在cad软件中导入裂隙矢量图，然后在裂隙矢量图上绘画闭合曲线式定位线，使定位线和裂隙轮廓线相交，如图2和图3所示。[0058]s5、对定位线和裂隙轮廓线的各交点处的裂隙宽度进行标注测量，得到裂隙宽度测量值，对其进行特征处理得到裂隙特征值。[0059]在本实施例中，在cad软件中对定位线和裂隙轮廓线的各交点处的裂隙宽度进行标注测量，得到裂隙宽度测量值。[0060]然后进行裂隙特征值的计算，裂隙特征值包括裂隙宽度最大线值、裂隙宽度最小线值、裂隙宽度平均线值、裂隙线裂隙率、裂隙间距，计算方法如下：[0061]通过取定位线上各交点处的裂隙宽度测量值的最大数值得到裂隙宽度最大线值，通过取定位线上各交点处的裂隙宽度测量值的最小数值得到裂隙宽度最小线值，通过取定位线上各交点处的裂隙宽度测量值的平均数值得到裂隙宽度平均线值，通过定位线上各交点处的裂隙宽度测量值之和与定位线长度求商得到裂隙线裂隙率，通过定位线长度与交点个数求商得到裂隙间距。[0062]本发明实施例提供的一种裂隙特征值测量方法，还包括确定裂隙发展趋势的步骤：[0063]定位线上每个交点代表一条裂隙，分别对各交点处的裂隙宽度进行标注测量得到测量值，然后对测量值划分等级，得到裂隙发展趋势。[0064]本发明实施例提供的一种裂隙特征值测量方法，还包括计算裂隙宽度的测量精度的步骤，测量精度通过以下方法进行计算：[0065][0066]其中，δ是测量精度，bt是裂隙宽度真实值，bi是裂隙宽度测量值。[0067]测量裂隙宽度真实值通过以下方法进行计算得到：[0068]在cad软件命令栏输入imageattch导入裂隙矢量图片，指定裂隙矢量图的宽和高均为61.8mm；[0069]将裂隙矢量图放大至能够观测到像素格子，根据色差确定裂隙的边界，标记裂隙与土体的分界线；[0070]根据标记得到该测点处裂隙宽度真实值bt。[0071]本发明实施例提供的一种裂隙特征值测量方法，还包括确定裂隙矢量图最优阈值的步骤：[0072]在cad软件中导入裂隙灰度图；[0073]在裂隙灰度图上绘画闭合曲线式定位线，使其和裂隙轮廓线相交，从裂隙灰度图上的定位线中取8个测点，取的测点与不同阈值的裂隙矢量图(即图4)上的定位线中的8个测点(a、b、c、d、e、f、g、h)对应；[0074]测量裂隙灰度图上的定位线上8个测点的裂隙宽度真实值，取其平均值为btav；[0075]测量不同阈值裂隙矢量图上的定位线上8个测点的裂隙宽度测量值，取其平均值为biav；[0076]画出裂隙平均宽度差值|btav-biav|与阈值k的关系曲线(如图5所示)，取裂隙平均宽度差值为最小值所对应的阈值k作为最优阈值，从图5中可以看出，本实施例中最优阈值为108。[0077]对图4中两圆环上的8个测点在阈值为108时的测量精度进行分析，测量精度按下式计算：[0078]δb＝|bti-bi|[0079][0080]其中，δb是绝对差值，单位为mm，bti是第i个交点的裂隙宽度真实值，单位为mm，bi是第i个交点的裂隙宽度测量值，单位为mm，δ是相对误差(也就是测量精度)。[0081]各测点的精度分析结果如表1所示。[0082]表1裂隙宽度测量相对误差的确定[0083][0084]表1为裂隙矢量图的矢量化阈值选择108时，通过矢量法测量各测点裂隙宽度的相对误差，可以看到，该方法测量裂隙宽度的相对误差小于0.7％，平均值为0.5％。[0085]本实施例还对线裂隙率的运用进行说明：[0086]重塑膨胀土土样干密度为1.58g/cm3，初始土样为饱和状态，含水率为31.4％，调节恒温恒湿试验箱的温度为35℃，相对湿度为25％以模拟自然环境，对土样进行脱湿；分别对脱湿0、1、2、3、4、6、8、10、12、18、24、26h的土样进行拍照称重记录。[0087]图6是线裂隙率、总裂隙率、修正裂隙率分别与含水率的变化关系，对比三条曲线可以发现，在土体表面裂隙发育前一阶段，线裂隙率、总裂隙率、修正裂隙与含水率的关系在变化趋势和数值上都很接近；当土体表面裂隙发育达到最大程度的后一阶段，总裂隙率逐渐稳定，修正裂隙率却大幅度减小，而线裂隙率介于两者之间。[0088]总裂隙率考虑表面范围为环刀内径面积，即直径61.8mm的圆，由于环刀内部表面积为恒定值；总裂隙率的计算式为：[0089][0090]其中，r1为总裂隙率；ai为第i条裂隙面积，单位是mm2；a为环刀内径表面积，单位是mm2；n1为裂隙像素数量，单位是个；n2为土块像素数量，单位是个。[0091]由于环刀内径表面积恒定，所以(n1+n2)是不变值；随着试样含水率减少，试样的收缩后形成的裂隙，使n1增大，而是n2减小；随着收缩稳定，相应的总裂隙率也逐渐稳定；总裂隙率是单调递增的发展趋势，可反映试样收缩情况。[0092]采用与环刀同心圆(例如0.8r，r为环刀内径)截取裂隙灰度图像，然后对同心圆环内的裂隙和土块像素点数分别进行统计，并按照下式计算修正裂隙率：[0093][0094]其中，r2为修正裂隙率；a′i为同心圆环内第i条裂隙面积，单位是mm2；a′为0.8r圆环表面积，单位是mm2；n1’为0.8r圆环内裂隙像素数量，单位是个；n2’为0.8r圆环内土块像素数量，单位是个。[0095]修正裂隙率计算时以一固定与环刀同心的圆人为地割除了边界，当边界收缩量较大时，因试样收缩而使固定圆内土块质量增加显著，未计入边界裂隙面积而使圆环内裂隙像素偏小，导致修正裂隙率偏小；边界收缩较小时，以局部收缩为主，则固定圆内试样质量增加不明显或减小，致使固定圆内土块像素减小，修改裂隙率偏大。[0096]线裂隙率的变量不是整体面积，相应地不存在怎么计算边界变化的问题，边界变化只对测量线的位置存在微小偏移的影响，测量线的位置偏移不会对测量值有明显的影响，因此该测量值可真实地反映裂隙发展情况；因此如图6所示，线裂隙率介于总裂隙率与修正裂隙之间。[0097]线裂隙率、修正裂隙率均不包含试样与环刀间边界变化情况。[0098]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!