專利名稱：連續(xù)荷載下巖土體剪切帶細觀結(jié)構(gòu)變化觀測試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖土工程中的一種測試方法，具體涉及一種測試巖土材料在連續(xù)荷載作用下剪切帶細觀結(jié)構(gòu)變化的試驗方法。
背景技術(shù)：
在巖土工程中，巖土體的失穩(wěn)往往是由于其內(nèi)部剪切帶的形成和發(fā)展所導(dǎo)致的，所以能夠提出一種對剪切帶的形成和發(fā)展連續(xù)跟蹤研究的試驗方法具有很大的科研意義 及實際意義。剪切帶是從微裂隙的萌生開始的，該階段在宏觀層面上根本無法對其進行研究，只能從細觀及微觀的層面上進行分析，目前對剪切帶細觀結(jié)構(gòu)進行分析研究的途徑主要是通過對其細觀結(jié)構(gòu)圖像的采集、處理、分析來完成。因此，對剪切帶細觀結(jié)構(gòu)研究的水平在很大程度上取決于觀測技術(shù)及圖像處理水平，要想對剪切帶的整個發(fā)展過程有一個更加高效、準確、深入的研究，必須不斷提高觀測手段和圖像處理技術(shù)。但是，目前并沒有一種試驗方法能夠準確的預(yù)判剪切帶的位置，也沒有較先進的圖像處理技術(shù)能夠配合完成對剪切帶細觀結(jié)構(gòu)特性的準確分析。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明為了提高對巖土體剪切帶細觀結(jié)構(gòu)的研究水平，提供一種測試巖土體在連續(xù)荷載下其剪切帶細觀結(jié)構(gòu)的試驗方法。技術(shù)方案本發(fā)明連續(xù)荷載下巖土體剪切帶細觀結(jié)構(gòu)變化觀測試驗方法，主要包括觀測手段和圖像處理方法，可以有效的對剪切帶的位置進行預(yù)判，并能夠通過相關(guān)的圖像處理技術(shù)準確的對剪切帶細觀結(jié)構(gòu)特性進行研究。具體包括如下步驟(I)選取表面具有一定凹凸性的試樣，根據(jù)細觀層次上的位移場計算方法，并以特征區(qū)域位移場梯度為控制指標選擇觀測區(qū)域；試樣表面具有一定的凹凸性，在光照作用下，可自然形成散斑場，這樣根據(jù)數(shù)字相關(guān)原理，試樣上任意一點的變形，可通過測試以該點為中心的一小塊子區(qū)域的移動及變形來測試(2)施加連續(xù)荷載，并在不同應(yīng)變狀態(tài)下對選定的觀測區(qū)域進行巖土體細觀結(jié)構(gòu)圖像的采集；(3)基于小波變換原理，對采集圖像進行融合處理，以增強圖像的質(zhì)量；該融合方法為基于小波域的多聚焦圖像融合方法，能夠很好的解決巖土體細觀結(jié)構(gòu)圖像采集中所遇到的景深問題；可以根據(jù)基于小波域的多聚焦圖像融合方法編制圖像融合軟件，圖3為一算例；(4)運用模塊匹配技術(shù)，對融合后圖像進行拼接處理，使得拼接后圖像所覆蓋的區(qū)域滿足試驗觀測的要求；(5)對拼接后圖像進行分割；(6)對處理好的圖像進行量化分析。步驟(I)中，觀測區(qū)域的選擇是根據(jù)對施加少量荷載和初始未施加荷載的圖像進行相關(guān)性和位移梯度場的計算，位移梯度變化最大的區(qū)域即為觀測區(qū)域。需要建立子區(qū)域變形前后坐標之間的關(guān)系式。計算原理如圖I。其中，A(x0, y0)點表示變形前所選子區(qū)域的中心點，B(x, y)點表示變形前所選子區(qū)域的任意一點，A’ (X0' , Y0')表示在變形后Α(Χ(Ι，％)點在目標子區(qū)域所處的位置，B' U丨,1’ )表示在變形后B(x，y)點在目標子區(qū)域所處的位置，ua，va表示A(XtlJtl)的位移，ub, Vb表示B (X，y)點的位移，Δχ，Δ y表示A(X。，yQ)和B (x, y)之間的距離在X方向和Y方向的分量。從圖I中可以看出幾個坐標量之間具有如下的關(guān)系式X1 0 = x0+uay' ο = Yo+Vb由連續(xù)力學(xué)介質(zhì)理論可知B(X，y)點的位移可用它的臨近點A(x。，y0)的位移及其增量表示，同時由于與整個圖像相比，所選的子區(qū)域非常小，故其變形可假定是均勻的，即
子區(qū)域的變形可由其中心點的位移ua，Va以及它的一階導(dǎo)數(shù)
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)荷載下巖土體剪切帶細觀結(jié)構(gòu)變化觀測試驗方法，其特征在于包括以下步驟 (1)選取表面具有一定凹凸性的試樣，根據(jù)細觀層次上的位移場計算方法，并以特征區(qū)域位移場梯度為控制指標選擇觀測區(qū)域； (2)施加連續(xù)荷載，并在不同應(yīng)變狀態(tài)下對選定的觀測區(qū)域進行巖土體細觀結(jié)構(gòu)圖像的米集； (3)基于小波變換原理，對采集圖像進行融合處理，以增強圖像的質(zhì)量； (4)運用模塊匹配技術(shù)，對融合后圖像進行拼接處理，使得拼接后圖像所覆蓋的區(qū)域滿足試驗觀測的要求； (5)對拼接后圖像進行分割； (6)對處理好的圖像進行量化分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)荷載下巖土體剪切帶細觀結(jié)構(gòu)變化觀測試驗方法，其特征在于 步驟(I)中，觀測區(qū)域的選擇是根據(jù)對施加少量荷載和初始未施加荷載的圖像進行相關(guān)性和位移梯度場的計算，位移梯度變化最大的區(qū)域即為觀測區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)荷載下巖土體剪切帶細觀結(jié)構(gòu)變化觀測試驗方法，其特征在于 步驟(I)中，位移場計算方法，是利用數(shù)字圖像相關(guān)方法，對變形前后子區(qū)域的相關(guān)性進行計算，計算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)荷載下巖土體剪切帶細觀結(jié)構(gòu)變化觀測試驗方法，其特征在于 步驟(2)中，在不同的應(yīng)變狀態(tài)下對觀測區(qū)域進行圖像采集，并在剪切帶萌生時加密圖像的米集頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)荷載下巖土體剪切帶細觀結(jié)構(gòu)變化觀測試驗方法，其特征在于 步驟(4)中，對融合后圖像進行拼接處理，包括圖像的預(yù)處理、圖像的配準和圖像的融合三個部分，其中圖像的配準方法采用的是基于灰度信息的圖像配準算法；圖像的匹配方式為基于模板的匹配算法，在對待拼接的圖像進行模板的匹配搜索時，采用直接搜索方式；圖像融合方法采用加權(quán)平均法； 配準公式選用歸一化互相關(guān)的公式
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)荷載下巖土體剪切帶細觀結(jié)構(gòu)變化觀測試驗方法，其特征在于 步驟(5)中，圖像分割采用的是基于色調(diào)分離的圖像分割方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)荷載下巖土體剪切帶細觀結(jié)構(gòu)變化觀測試驗方法，包括以下步驟(1)選取表面具有一定凹凸性的試樣，根據(jù)細觀層次上的位移場計算方法，并以特征區(qū)域位移場梯度為控制指標選擇觀測區(qū)域；(2)施加連續(xù)荷載，并在不同應(yīng)變狀態(tài)下對選定的觀測區(qū)域進行巖土體細觀結(jié)構(gòu)圖像的采集；(3)對采集圖像進行融合處理；(4)對融合后圖像進行拼接處理，使得拼接后圖像所覆蓋的區(qū)域滿足試驗觀測的要求；(5)對拼接后圖像進行分割；(6)對處理好的圖像進行量化分析。該發(fā)明通過相對應(yīng)變場的計算能夠準確的對剪切帶的形成的區(qū)域進行預(yù)判，極大程度上縮小了觀測區(qū)域，大大提高了試驗效率，同時提高了圖像量化分析的準確度。
文檔編號G01N33/24GK102830218SQ201210328809
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者崔猛, 方慶軍, 洪寶寧, 朱俊杰, 劉鑫 申請人:河海大學(xué)