[發明專利]一種利用圖像學參數計算土體構度值的方法

有效

• 申請號: 201810919086.6
• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN109187600B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 唐亞明;畢銀強;薛強;李政國
• 申請（專利權）人: 中國地質調查局西安地質調查中心
• 主分類號: G01N23/046
• 分類號: G01N23/046
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

1.一種利用圖像學參數計算土體構度值的方法，其特征在于，其步驟為：

(1)對原狀土做密度試驗，測試土樣的干密度ρ_d；所述的原狀土選取一塊取自山西省介休市梁家村黃土剖面的土樣，取樣深度為4.5m，樣品大小為5×5×5cm；

(2)對原狀土做界限含水量測定，測試土樣的液性指數I_l；

(3)按照土體密度的定義可以推導出：

式①中，ρ為土樣的天然密度，m為土樣的質量，V為土樣的總體積，m_s為土粒的質量，w為土樣的天然含水率；

(4)土體的體積V進一步可表達為：

式②中，V為土樣的總體積，V_s為固體土顆粒體積，V_v為孔隙的體積，e₀為孔隙比；

(5)將式②代入式①，得

(6)將原狀土采用計算機斷層成像技術(CT)進行掃描，并進行3D圖像重構；

(7)將步驟(6)獲得的3D重構圖像進行切片，切片厚度為1個像素大小，切片數量為q，輸出每個切片的圖像；

(8)孔隙的體積V_v是一個物性參數，要將其轉換為圖像參數，需對步驟(7)獲得的每個切片圖像做分析，然后累計所有切片中孔隙的體積，則

式④中，A_ji為第j層切片第i個孔隙的面積，R_j為第j層切片的厚度，即1個像素大小，且在同一個樣品中R₁＝R₂＝…＝R_q；

(9)土樣的總體積該式中V_v為孔隙總體積，n為孔隙率；對三維CT圖像做切片分析，得到每個切片的面孔隙率，n_j為第j層切片的面孔隙率，則

(10)土粒質量m_s、土樣的總體積V、干密度ρ_d以及孔隙率n有如下關系：將式⑤代入其中，則得到

(11)將步驟(8)得到的式④和步驟(10)得到的式⑥同時代入步驟(5)得到的式③中，可得：化簡后可得：

(12)做出構度指標m_u與綜合物性特征量I_L·ρ_d/(ρ_we₀)之間的擬合曲線，得到兩者之間的指數關系：該式內ρ_w為水的密度，取1.0g/cm³，則該式簡化為

(13)將式⑧代入式⑦，最終得到構度指標與圖像參數的關系式：

式⑨中左邊均為物性參數，其中干密度ρ_d由步驟(1)獲得，液性指數I_L由步驟(2)獲得；等式右邊均為三維CT掃描的圖像參數，其中分子由步驟(9)獲得，分母由步驟(8)獲得，整個等式只有一個未知量構度m_u，故可以求出。