一种风化过程中软岩填料颗粒形状轮廓演化特征识别方法技术

本发明专利技术公开了一种风化过程中软岩填料颗粒形状轮廓演化特征识别方法，通过对风化过程中软岩填料颗粒的形状轮廓进行提取及定量分析，揭示风化过程中软岩填料颗粒形状的演化特征，本次发明专利技术采用Image

【技术实现步骤摘要】
一种风化过程中软岩填料颗粒形状轮廓演化特征识别方法


[0001]本专利技术涉及岩层识别领域，具体涉及一种风化过程中软岩填料颗粒形状轮廓演化特征识别方法。

技术介绍

[0002]软岩具有易风化、遇水易软化、强度衰减显著等特点，属性质特殊的路基填料。虽然在工程中经常遇到，但将其用于路基填筑的实际工程并不多见。然而，近年来，我国基础设施建设中“绿色化、集约、节约化”的发展战略不断深化，若能将软岩用于路基填筑，不仅可以减少常规填料的开采量，还可减少弃方处置对土地资源的占用，具有显著的经济及环境效益。
[0003]不过软岩用于路基填筑的问题在于随着风化作用的进行，软岩颗粒易发生崩解破碎，所以对软岩填料中颗粒的崩解破碎特征研究就变得极为必要。张宗堂在《干湿循环作用下膨胀岩的崩解特性试验研究》一文中通过红砂岩的室内崩解试验直接得到崩解物各粒组的质量分布状况，采用基于质量与粒径关联的分形维数求解方法来探究干湿循环作用下岩石的崩解破碎过程。付宏渊等在《考虑荷载及干湿循环作用的炭质泥岩崩解特征试验》一文中开展荷载与干湿循环作用的炭质泥岩崩解试验，运用扫描电镜、X射线衍射等方法分析炭质泥岩崩解期间的形态变化和级配特征规律，进而引入崩解以及分形理论，研究炭质泥岩崩解过程中颗粒的质量、粒径和形态分布特性。总的来看，现有研究方法中多侧重级配的变化，对填料颗粒的形状演化特征的定量化研究方法并不多见，而在风化过程中填料颗粒的轮廓势必会发生变化，因此寻找方法提取颗粒的轮廓并分析相关指标与颗粒形态的关联度，这对了解软岩填料风化崩解行为、力学的演化都极其重要。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种风化过程中软岩填料颗粒形状轮廓演化特征识别方法。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种风化过程中软岩填料颗粒形状轮廓演化特征识别方法，包括如下步骤：
[0007]S1、模拟风化过程并获取软岩颗粒轮廓特征；
[0008]S2、随机对模拟风化之后的软岩颗粒进行分组；
[0009]S3、利用数字图像处理算法对每组软岩颗粒进行处理，计算软岩颗粒的评价参数；
[0010]S4、根据S3计算的评价参数得到不同粒组软岩填料颗粒风化前后形状轮廓的演化特征。
[0011]进一步的，所述S1具体步骤为：
[0012]S11、将软岩填料放置于自然环境；
[0013]S12、运用最大密实度曲线理论中的N法对软岩填料进行级配设计，具体方法为：
[0014][0015]其中，p
m
为集料颗粒在筛孔孔径D
m
上的通过百分含量(％)；D
m
为特定筛孔孔径(mm)；m为特定筛孔；D
max
为集料的最大粒径(mm)，此处为40mm；n为形状系数，此处取0.7；
[0016]S13、将级配集料放入烘箱进行烘干处理，将烘干后的填料装入金属盘中，盘底设有2.5cm直径的孔洞，并覆盖直径1mm的塑料筛网，便于排水，其中填料均匀分布且厚度不超过1cm；
[0017]S14、将金属盘放置于自然环境中，并定期对其中的填料取出烘干，以5mm为分界线，轮廓分析针对大于5mm的颗粒进行选择；
[0018]S15、将5～10mm、10～20mm、20～40mm粒组的填料进行四等分，并在每等分中随机取样一份，即每个粒组取平行样四份，将其分别记为GS
5～10
‑
i
‑
j，GS
10～20
‑
i
‑
j，GS
20～40
‑
i
‑
j，取样环节保证每份样本中颗粒在100；
[0019]S16、设置参照标尺白板，在其正上方固定好高清相机，调整好相机角度，对不同样本中的料粒进行拍照，同一粒档填料拍摄过程中相机位置、相机拍摄参数保持不变，且排列应材料分布随机且互不重合、接触；
[0020]S17、对排列好的每份样本进行拍照，获取粒料排列图像，将拍完照的粒料重新混合后放到自然环境中进行下一周期的风化作用。
[0021]进一步的，所述S3中使用Image
‑
Pro Plus(IPP)软件数字图像处理模块来处理风化过程中软岩崩解所得颗粒的图像，进而计算得到软岩颗粒的相关评价参数，具体方法为：
[0022]S31、将拍摄得到的照片导入Image
‑
Pro Plus软件，使用软件对比增强面板上的面板上的亮度、对比度和伽马校正控制增强图像，对图片进行预处理；
[0023]S32、利用AOI工具对各粒料进行轮廓描绘，并通过convert AOI to object生成测量对象，测量每个颗粒的面积、周长、长轴尺寸、短轴尺寸形状参数；
[0024]S33、对GS
5～10
‑0‑
2、3、4进行S31～S32步的操作，得到5～10mm粒档四份样本在未风化作用下所有颗粒的面积、周长、长轴尺寸、短轴尺寸、等效粒径、丰度、圆形度、形状系数等参数
[0025]S34、对GS
10～20
‑0‑
1、2、3、4和GS
20～40
‑0‑
1、2、3、4八份样本，进行S31
‑
S33步的操作，即可得到每个周期风化作用下填料不同粒档内颗粒的形状参数及其分布特征。
[0026]进一步的，所述S32中，等效粒径D、丰度C、圆形度R、形状系数F参数的计算方式为：
[0027]与颗粒投影面积相等的圆面积，A为颗粒实际面积；
[0028]B为颗粒短轴尺寸，L为颗粒长轴尺寸；
[0029]A'为颗粒外接圆面积；
[0030]P＝πD，P为与颗粒等面积圆周长，S为颗粒实际周长。
[0031]进一步的，，所述S4具体包括：
[0032]S41、从第二周期开始利用每个周期内的软岩颗粒的评价参数对上个周期的软岩
颗粒的评价参数进行对比，得到软岩的稳定程度；
[0033]S42、利用灰色关联度分析方法计算软岩填料风化后的形状参数与其对应稳程度之间的关系，得到关联系数。
[0034]进一步的，所述S41中，软岩的稳定程度计算方式为：
[0035][0036]其中，SD
(i,i+1)
为关联程度；I为软岩填料的耐崩解性指数；i为月份；
[0037]进一步的，所述S42中灰色关联度分析方法的具体步骤为：
[0038]S421、将稳定程度作为参考数列，丰度、圆形度、形状系数为比较数列计算关联系数；
[0039]S422、求取关联系数的平均值，并以所求取的平均值表示比较数列和参考数列的关联程度大小。
[0040]进一步的，所述S421中关联系数的计算方式为：
[0041][0042]其中，y(k)为参考数列，x<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风化过程中软岩填料颗粒形状轮廓演化特征识别方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、模拟风化过程并获取软岩颗粒轮廓特征；S2、随机对模拟风化之后的软岩颗粒进行分组；S3、利用数字图像处理算法对每组软岩颗粒进行处理，计算软岩颗粒的评价参数；S4、根据S3计算的评价参数得到不同粒组软岩填料颗粒风化前后形状轮廓的演化特征。2.根据权利要求1所述的一种风化过程中软岩填料颗粒形状轮廓演化特征识别方法，所述S1具体步骤为：S11、将软岩填料放置于自然环境；S12、运用最大密实度曲线理论中的N法对软岩填料进行级配设计，具体方法为：其中，p
m
为集料颗粒在筛孔孔径D
m
上的通过百分含量；D
m
为特定筛孔孔径；m为特定筛孔；D
max
为集料的最大粒径；n为形状系数；S13、将级配集料放入烘箱进行烘干处理，将烘干后的填料装入金属盘中，盘底设有2.5cm直径的孔洞，并覆盖直径1mm的塑料筛网，便于排水，其中填料均匀分布且厚度不超过1cm；S14、将金属盘放置于自然环境中，并定期对其中的填料取出烘干，以5mm为分界线，轮廓分析针对大于5mm的颗粒进行选择；S15、将5～10mm、10～20mm、20～40mm粒组的填料进行四等分，并在每等分中随机取样一份，即每个粒组取平行样四份，将其分别记为GS
5～10
‑
i
‑
j，GS
10～20
‑
i
‑
j，GS
20～40
‑
i
‑
j，每份样本中取样颗粒为100；S16、设置参照标尺白板，在其正上方固定好高清相机，调整好相机角度，对不同样本中的料粒进行拍照，同一粒档填料拍摄过程中相机位置、相机拍摄参数保持不变，且排列应材料分布随机且互不重合、接触；S17、对排列好的每份样本进行拍照，获取粒料排列图像，将拍完照的粒料重新混合后放到自然环境中进行下一周期的风化作用。3.根据权利要求2所述的一种风化过程中软岩填料颗粒形状轮廓演化特征识别方法，其特征在于，所述S3中使用Image
‑
Pro Plus软件数字图像处理模块来处理风化过程中软岩崩解所得颗粒的图像，进而计算得到软岩颗粒的相关评价参数，具体方法为：S31、将拍摄得到的照片导入Image
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Pro Plus软件，使用软件对比增强面板上的面板上的亮度、对比度和伽马校正控制增强图像，对图片进行预处理；S32、利用AOI工具对各粒料进行轮廓描...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴谦，毛雪松，陈欣怡，陈常明，赵立廷，王悦月，张利涛，黄亚飞，杨满仓，刘军勇，尹利华，
申请(专利权)人：中铁十二局集团第三工程有限公司中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：