专利名称：连续荷载下岩土体剪切带细观结构变化观测试验方法
技术领域：
本发明涉及一种岩土工程中的一种测试方法，具体涉及一种测试岩土材料在连续荷载作用下剪切带细观结构变化的试验方法。
背景技术：
在岩土工程中，岩土体的失稳往往是由于其内部剪切带的形成和发展所导致的，所以能够提出一种对剪切带的形成和发展连续跟踪研究的试验方法具有很大的科研意义 及实际意义。剪切带是从微裂隙的萌生开始的，该阶段在宏观层面上根本无法对其进行研究，只能从细观及微观的层面上进行分析，目前对剪切带细观结构进行分析研究的途径主要是通过对其细观结构图像的采集、处理、分析来完成。因此，对剪切带细观结构研究的水平在很大程度上取决于观测技术及图像处理水平，要想对剪切带的整个发展过程有一个更加高效、准确、深入的研究，必须不断提高观测手段和图像处理技术。但是，目前并没有一种试验方法能够准确的预判剪切带的位置，也没有较先进的图像处理技术能够配合完成对剪切带细观结构特性的准确分析。
发明内容
发明目的本发明为了提高对岩土体剪切带细观结构的研究水平，提供一种测试岩土体在连续荷载下其剪切带细观结构的试验方法。技术方案本发明连续荷载下岩土体剪切带细观结构变化观测试验方法，主要包括观测手段和图像处理方法，可以有效的对剪切带的位置进行预判，并能够通过相关的图像处理技术准确的对剪切带细观结构特性进行研究。具体包括如下步骤(I)选取表面具有一定凹凸性的试样，根据细观层次上的位移场计算方法，并以特征区域位移场梯度为控制指标选择观测区域；试样表面具有一定的凹凸性，在光照作用下，可自然形成散斑�。庋菔窒喙卦恚匝先我庖坏愕谋湫危赏ü馐砸愿玫阄行牡囊恍】樽忧虻囊贫氨湫卫床馐�(2)施加连续荷载，并在不同应变状态下对选定的观测区域进行岩土体细观结构图像的采集；(3)基于小波变换原理，对采集图像进行融合处理，以增强图像的质量；该融合方法为基于小波域的多聚焦图像融合方法，能够很好的解决岩土体细观结构图像采集中所遇到的景深问题；可以根据基于小波域的多聚焦图像融合方法编制图像融合软件，图3为一算例；(4)运用�？槠ヅ浼际酰匀诤虾笸枷窠衅唇哟恚沟闷唇雍笸枷袼哺堑那蚵闶匝楣鄄獾囊螅�(5)对拼接后图像进行分割；(6)对处理好的图像进行量化分析。步骤(I)中，观测区域的选择是根据对施加少量荷载和初始未施加荷载的图像进行相关性和位移梯度场的计算，位移梯度变化最大的区域即为观测区域。需要建立子区域变形前后坐标之间的关系式。计算原理如图I。其中，A(x0, y0)点表示变形前所选子区域的中心点，B(x, y)点表示变形前所选子区域的任意一点，A’ (X0' , Y0')表示在变形后Α(Χ(Ι，％)点在目标子区域所处的位置，B' U丨,1’ )表示在变形后B(x，y)点在目标子区域所处的位置，ua，va表示A(XtlJtl)的位移，ub, Vb表示B (X，y)点的位移，Δχ，Δ y表示A(X。，yQ)和B (x, y)之间的距离在X方向和Y方向的分量。从图I中可以看出几个坐标量之间具有如下的关系式X1 0 = x0+uay' ο = Yo+Vb由连续力学介质理论可知B(X，y)点的位移可用它的临近点A(x。，y0)的位移及其增量表示，同时由于与整个图像相比，所选的子区域非常�。势浔湫慰杉俣ㄊ蔷鹊模�
子区域的变形可由其中心点的位移ua，Va以及它的一阶导数
权利要求
1.一种连续荷载下岩土体剪切带细观结构变化观测试验方法，其特征在于包括以下步骤 (1)选取表面具有一定凹凸性的试样，根据细观层次上的位移场计算方法，并以特征区域位移场梯度为控制指标选择观测区域； (2)施加连续荷载，并在不同应变状态下对选定的观测区域进行岩土体细观结构图像的米集； (3)基于小波变换原理，对采集图像进行融合处理，以增强图像的质量； (4)运用�？槠ヅ浼际酰匀诤虾笸枷窠衅唇哟恚沟闷唇雍笸枷袼哺堑那蚵闶匝楣鄄獾囊螅� (5)对拼接后图像进行分割； (6)对处理好的图像进行量化分析。
2.根据权利要求I所述的连续荷载下岩土体剪切带细观结构变化观测试验方法，其特征在于 步骤(I)中，观测区域的选择是根据对施加少量荷载和初始未施加荷载的图像进行相关性和位移梯度场的计算，位移梯度变化最大的区域即为观测区域。
3.根据权利要求I所述的连续荷载下岩土体剪切带细观结构变化观测试验方法，其特征在于 步骤(I)中，位移场计算方法，是利用数字图像相关方法，对变形前后子区域的相关性进行计算，计算公式为
4.根据权利要求I所述的连续荷载下岩土体剪切带细观结构变化观测试验方法，其特征在于 步骤(2)中，在不同的应变状态下对观测区域进行图像采集，并在剪切带萌生时加密图像的米集频率。
5.根据权利要求I所述的连续荷载下岩土体剪切带细观结构变化观测试验方法，其特征在于 步骤(4)中，对融合后图像进行拼接处理，包括图像的预处理、图像的配准和图像的融合三个部分，其中图像的配准方法采用的是基于灰度信息的图像配准算法；图像的匹配方式为基于模板的匹配算法，在对待拼接的图像进行模板的匹配搜索时，采用直接搜索方式；图像融合方法采用加权平均法； 配准公式选用归一化互相关的公式
6.根据权利要求I所述的连续荷载下岩土体剪切带细观结构变化观测试验方法，其特征在于 步骤(5)中，图像分割采用的是基于色调分离的图像分割方法。
全文摘要
本发明公开了一种连续荷载下岩土体剪切带细观结构变化观测试验方法，包括以下步骤(1)选取表面具有一定凹凸性的试样，根据细观层次上的位移场计算方法，并以特征区域位移场梯度为控制指标选择观测区域；(2)施加连续荷载，并在不同应变状态下对选定的观测区域进行岩土体细观结构图像的采集；(3)对采集图像进行融合处理；(4)对融合后图像进行拼接处理，使得拼接后图像所覆盖的区域满足试验观测的要求；(5)对拼接后图像进行分割；(6)对处理好的图像进行量化分析。该发明通过相对应变场的计算能够准确的对剪切带的形成的区域进行预判，极大程度上缩小了观测区域，大大提高了试验效率，同时提高了图像量化分析的准确度。
文档编号G01N33/24GK102830218SQ201210328809
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者崔猛, 方庆军, 洪宝宁, 朱俊杰, 刘鑫 申请人:河海大学
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