[發明專利]土體拉伸過程中細觀結構變化規律測試方法

有效

• 申請號: 201310713242.0
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103743624A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 崔猛;易進翔;洪寶寧;劉鑫;方慶軍;朱俊杰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

1.一種土體拉伸過程中細觀結構變化規律測試方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）制作土體試樣：將土體在模具中壓實，制得兩端為圓柱體夾持端、中間為立方體拉伸段的土體試樣，兩個夾持端與拉伸段之間平滑過渡，且兩個夾持端與拉伸段的重心在同一水平線上；拆模后去除土體試樣觀測面表層，露出新鮮面；

（2）安裝土體試樣：將土體試樣的兩個夾持端分別固定在與夾持端尺寸相適配的兩個拉伸夾具中；其中一個拉伸位置夾具固定，另一個拉伸夾具在拉力的作用下可自由移動；

（3）施加拉伸荷載：先對拉伸裝置進行標定，然后設定加載速率，開始施加連續拉伸荷載；

（4）細觀圖像采集：在不同的應變狀態下，對土體的細部結構圖像進行采集；

（5）圖像處理：基于小波變換原理，對采集的圖像進行融合，運用模塊匹配技術對融合后的圖像進行拼接處理，得到若干張不同拉伸應變下的覆蓋整個觀測區域的完整清晰的圖片；

（6）數據分析：分別提取處理好圖像的細觀結構參數，包括裂隙面積比、裂隙分布分維、顆粒定向度、顆粒圓度和顆粒分布分維，得到了每一個細觀結構參數在不同拉伸應變狀態下的數值，通過繪制曲線分析細觀結構參數在整個拉伸過程中的變化規律。

2.根據權利要求1所述的土體拉伸過程中細觀結構變化規律測試方法，其特征在于：步驟（3）中，對拉伸裝置的標定方法為：施加荷載，觀察位移傳感器與力傳感器的變化是否同步，若不同步則調整傳感器的位置，使施加拉伸荷載時位移傳感器與力傳感器的變化同步。

3.根據權利要求1所述的土體拉伸過程中細觀結構變化規律測試方法，其特征在于：步驟（3）中，加載速率根據不同的加載階段及變形狀態進行調整，調整范圍為0.01mm/min～0.1mm/min。

4.根據權利要求1所述的土體拉伸過程中細觀結構變化規律測試方法，其特征在于：步驟（4）中，對土體的細部結構圖像進行采集時，每一處觀測區域根據不同的景深情況采集3-4幅圖像，保證觀測區域的每一部分都有清晰的圖像。

5.根據權利要求1所述的土體拉伸過程中細觀結構變化規律測試方法，其特征在于：步驟（6）中，裂隙面積比為裂隙的面積與整個面積的比值，在圖像上由裂隙分布區域的像素總數與圖像總像素數的比值得到，公式為：

6.根據權利要求1所述的土體拉伸過程中細觀結構變化規律測試方法，其特征在于：步驟（6）中，裂隙分布分維為裂隙的分布情況，計算裂隙的維數時采用盒維法：

首先將一幅含有裂隙的圖像，采用不同的邊長為r₁,r₂,r₃,…r_n的正方形將圖像分別分割成一個含有(L/r₁)×(L/r₁),(L/r₂)×(L/r₂),(L/r₃)×(L/r₃),…,(L/r_n)×(L/r_n)個正方形的網格，并分別統計每次分割后裂隙所占有的格子總數N,r與N之間存在如下的關系：

N～r^-K，式中K即為裂隙維數；

根據統計的結果將N和r的關系繪制于雙對數坐標系中，得到lgN(r)-lg(r)曲線，該曲線呈線性，其斜率即為K。