[發明專利]一種基于數字圖像處理的土體收縮特性曲線計算方法

在審

• 申請號: 202210463583.6
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114755162A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 陶帥;范勇;呂飛;杜坤;劉建英;周琮輝;奚靈智
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司;浙江華東工程咨詢有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N9/36;G01N5/00;G01N5/04;G06T7/62;G06T7/80
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 楊雪梅

本發明公開了一種基于數字圖像處理的土體收縮特性曲線計算方法，包括試樣制備，對試樣進行抽真空飽和，試樣脫濕試驗，通過質量變化數據和數字圖像計算試樣脫濕過程中的相關數據，最后分析數據，繪制孔隙比、孔隙率、體積應變隨飽和度的變化曲線，給出孔隙比及收縮率隨土水比的演化規律。本發明基于數字圖像處理技術，通過軟件ImageJ篩選圖像邊界并進行二值化處理，可計算試樣圖像像素值，進而通過標定已知尺寸圖像獲得試樣尺寸；結合體變數據，通過計算質量變化數據獲得土體含水率、孔隙比、飽和度等指標，進而定量描述孔隙比隨含水量或者土水比的變化規律。本發明計算方法對于研究土體干燥收縮具有重要的科學意義和工程價值。

技術領域

本發明涉及一種土工測試計算領域，特別涉及一種基于數字圖像處理的，土體干燥過程收縮變形特性曲線計算方法。

背景技術

土體中親水性黏土礦物含量對其力學性質具有顯著影響，較多的黏土礦物成分會使土體在干燥過程中產生顯著的收縮變形特性，進而影響其工程性質。例如，作為垃圾填埋場阻隔材料的膨脹土，黏粒含量較高，由于環境條件發生變化導致土體含水量降低，引起土體收縮變形，甚至產生裂紋，降低其對填埋垃圾的隔斷效果；用于核廢料地質封存緩沖填充材料的黏性土，在輻射熱作用下，土體遭受升溫脫濕干燥過程，呈現出非飽和狀態，含水率低吸力高，導致土體力學特性改變，對核廢料長期穩定封存造成威脅。

收縮特性曲線除了可定量分析土體收縮變形性質以外，還與土體持水特性密切相關，在表征含水量變化引起土體變形等力學行為中，收縮特性曲線與土水特征曲線同等重要。因此如何準確表征土體收縮變形特性，定量描述土體變形隨含水量或者土水比的演化規律，是對分析收縮變形力學機理的有益探索。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于數字圖像處理技術的土體收縮特征曲線計算方法，該方法可有效地提升土體孔隙比隨土水比或含水率演化的定量表征精度，為研究土體干燥收縮機理提供有效手段。

本發明一種基于數字圖像處理的土體收縮特性曲線計算方法，步驟如下：

（1）試樣制備，測定試樣土體初始含水率ω₀，給定干密度ρ_d，計算初始含水率下試樣實際質量m_ss；

壓實試樣，根據環刀尺寸計算壓實試樣質量m_s和初始體積V₀，其中，m_s=（1+0.01×ω₀）×ρ_d×V₀，V₀根據環刀內徑和厚度計算；

稱取并記錄環刀質量m_h、標定承樣板質量m_b及環刀與壓實試樣總質量m_h+s，考慮制樣過程土顆粒的損耗，初始含水率下試樣實際質量m_ss為環刀與壓實試樣總質量m_h+s與環刀質量m_h的差，即m_ss=m_h+s-m_h；

（2）完成試樣制備，進行抽真空飽和，待試樣完全飽和后，稱取并記錄環刀與試樣總質量m_h+sa；