岩体裂隙图像特征的定量识别与分析方法研究

论文摘要

岩体是在漫长的地质构造运动中形成的复杂地质体,大多数天然岩体由完整岩石和岩石之间的结构面组成,这些结构面包括节理、片理、裂隙、断层等。如今的大多数地下工程中,如水利交通隧道、大坝基础等,裂隙的分布情况很大程度地影响了岩体的稳定性和渗透性,进而影响工程安全。对于岩石材料,裂隙的存在与分布是评判其材料性能的重要指标,更是研究岩体在外荷载条件下变形破坏的关键因素。传统的裂隙参数获取通常需对岩体表面进行接触式测量,易产生测量误差且效率较低,而目前以数字照相量测为代表的非接触式量测方法尚难以实现岩体裂隙图像中的具体裂隙分析(即本文所指的矢量化)。为实现岩体裂隙的分离及形态参数提取,本文开展了裂隙矢量化算法理论研究,并基于Delphi程序开发系统研发了集成化的岩体裂隙图像特征识别程序。为进一步验证该程序在室内实验中的应用效果,采用类岩体材料进行了实验研究。此外,为了拓展岩体裂隙数字照相识别技术在数值建模中的应用,围绕PFC节理裂隙建模问题进行了程序开发。本文获得的主要成果及结论如下:(1)提出了基于几何分布特征的岩体裂隙的分类方法。从便于图像矢量化的角度,将复杂岩体裂隙分为线型、交叉型、环状型以及组合型等4种基本类型。(2)设计了基于骨架图像特征的岩体裂隙矢量化算法。根据裂隙骨架起止点连线的形态分布特征,给出了裂隙追踪存储及目标点优先级判断算法,实现了裂隙矢量化以及裂隙数量、长度、宽度及裂隙率等参数的定量表征。(3)基于裂隙矢量化方法及通用的图像处理手段,研制了岩体裂隙图像特征识别程序,实现了裂隙图像的预处理、二值化、矢量化以及几何形态参数的输出等功能。(4)将岩体裂隙图像特征识别方法应用于类岩体试样单轴压缩实验,结合数字散斑相关量测方法,在试样的同一观测面同时实现了变形量测和裂隙形态特征定量识别。(5)将裂隙图像特征识别方法应用于PFC数值模拟中,研制了基于图像特征识别原理的PFC节理裂隙试样辅助建模程序,并基于该程序提出了两种建模方案。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究内容及技术路线
• 2 岩体裂隙图像识别与定量表征方法研究
•   2.1 岩体裂隙图像的分类
•   2.2 岩体裂隙矢量化方法
•   2.3 岩体裂隙几何形态定量识别表征方法
•   2.4 本章小结
• 3 岩体裂隙图像特征定量识别程序研发
•   3.1 程序系统架构及功能模块
•   3.2 程序界面设计及功能按钮设计
•   3.3 程序主要处理功能
•   3.4 裂隙图像识别效果
•   3.5 本章小结
• 4 基于类岩体单轴压缩实验的应用研究
•   4.1 类岩体材料及试样制备
•   4.2 基于DSCM的试样制斑方案比选
•   4.3 类岩体试样单轴压缩实验
•   4.4 结果分析
•   4.5 本章小结
• 5 裂隙图像识别方法在PFC中的应用
•   5.1 PFC在裂隙岩体建模中的问题
•   5.2 基于裂隙图像识别的PFC建模方法
•   5.3 PFC建模中的应用效果
•   5.4 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 存在问题
•   6.3 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 唐晓杰

导师: 李元海

关键词: 岩体裂隙,数字图像,矢量化,建模

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国矿业大学

基金: 国家重点基础研究发展计划(973)项目(2014CB046905)

分类号: TU45

总页数: 106

文件大小: 10450K

下载量: 329