[發(fā)明專利]一種利用圖像學參數(shù)計算土體構度值的方法

有效

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• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN109187600B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種利用圖像學參數(shù)計算土體構度值的方法，它涉及土力學和圖像統(tǒng)計技術領域。首先對原狀土做密度和界限含水量試驗，測定土樣的干密度和液性指數(shù)；然后對土體進行三維CT掃描和3D圖像重構，并將圖像進行切片，利用切片圖像做分析，將物性參數(shù)轉換成圖像參數(shù)；再做構度指標與綜合物性特征量之間的擬合曲線，得到關系式；將其中的物性參數(shù)用轉換好的圖像參數(shù)替代，最終實現(xiàn)用圖像學參數(shù)計算構度值的方法。本發(fā)明利用孔隙的圖像參數(shù)求解構度指標，避免了對原狀土、重塑土、飽和土逐一進行繁瑣耗時的強度試驗，將簡單成熟的密度和界限含水量測試與新技術三維CT掃描結合起來，僅需對原狀土進行直接測試，較大地提高了工作效率。

技術領域

本發(fā)明涉及的是土力學和圖像統(tǒng)計技術領域，具體涉及一種利用圖像學參數(shù)計算土體構度值的方法。

背景技術

土體構度是衡量土體結構性強弱的一個物性指標，與土的粒度、密度、濕度指標一起用于揭示土的基本物理性質，也是近年來土力學研究的熱點，土結構性的研究是“21世紀土力學的核心問題”。

土體構度的定義式為m_u＝q₀²/q_s·q_r，其中q₀、q_s和q_r分別為原狀土樣、飽和土樣及重塑土樣的強度，要獲取某個土體的構度值m_u，須采用試驗的方法分別測試這3個不同的強度值。最初，駱亞生、邵生俊等人采用三軸試驗分別獲取土體的上述3種狀態(tài)(原狀、飽和、重塑)的抗剪強度，從而計算得到土的構度指標m_ε；后來陳存禮等采用側限壓縮試驗，計算得到土的構度指標m_σ；最近的是邵生俊等采用無側限壓縮試驗計算土的構度指標m_u；從試驗方法的復雜性和花費時間上來看，三軸試驗＞側限壓縮試驗＞無側限壓縮試驗。

但即便是最為簡便的無側限壓縮試驗，也需要測定相同干密度下原狀土、重塑土和飽和土的無側限抗壓強度。試樣制備時，原狀土樣需切割試樣尺寸為Φ39.1mm×H80mm。重塑土樣需先把烘干的土碾碎、過0.5mm孔徑篩，配置與原狀土樣具有相同干密度和含水率的重塑土，悶料24h混合均勻后進行壓樣，一次成型。飽和土樣采用抽真空飽和法制備，土樣放入真空缸并與抽氣機接通，抽氣時間不少于1h，然后徐徐注入清水，待水淹沒飽和器后開管夾使空氣進入真空缸，靜置10h，使試樣充分飽和。無側限壓力儀試驗時需連續(xù)記錄每類土樣的每件樣品的應力、應變值，畫出多條應力-應變曲線，求出各類土樣無側限抗壓強度值。整個試驗過程繁雜而耗時。

發(fā)明內容

為解決背景技術中的問題，本發(fā)明避免對原狀土、重塑土、飽和土都做強度試驗(此處指三軸試驗、側限壓縮試驗、或無側限壓縮試驗)，而只對原狀土做一些簡單的物性測試，并采用三維CT掃描新技術，主要利用掃描獲取的圖像學參數(shù)來確定土體構度。研究思路是將某些物性參數(shù)轉化為圖像參數(shù)替代，并找到構度指標與綜合物性特征量之間的關系，從而可實現(xiàn)利用圖像學參數(shù)計算土體構度的方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術方案來實現(xiàn)：一種利用圖像學參數(shù)計算土體構度值的方法，其步驟為：

(1)對原狀土做密度試驗，測試土樣的干密度ρ_d；

(2)對原狀土做界限含水量測定，測試土樣的液性指數(shù)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：