一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法技术

本发明专利技术公开了一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法，涉及膨胀土裂隙反演分析技术领域，包括：制备膨胀土样品，构建膨胀土三维裂隙时空演化模型；进行裂隙演化处理；通过高密度电阻测定系统测定裂隙演化过程中土体电阻率数据；利用土体电阻率数据对裂隙重构，反演出不同深度处的裂隙图像；获取裂隙演化过程中的表面裂隙图像；分别对反演获得的裂隙图像以及表面裂隙图像进行处理，导出裂隙定量化描述特征。本发明专利技术开展不同干湿循环次数下的膨胀土裂隙演化模型试验，基于高密度电阻率成像的裂隙重构技术，反演出不同深度处的裂隙分布，同时对反演获得的裂隙图像通过图像处理系统进行定量分析，揭示在干湿循环作用下膨胀土裂隙演化机理。演化机理。演化机理。

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法


[0001]本专利技术涉及膨胀土裂隙反演分析
，更具体的说是涉及一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法。

技术介绍

[0002]在自然界，膨胀土边坡始终处于干湿交替的环境中。在干旱气候下，膨胀土干缩开裂尤为常见，裂隙发育极大地弱化了土体结构，导致土体强度和稳定性显著降低。在降雨条件下，裂隙则为水分入侵提供了优势通道，造成了裂隙往土体深部进一步扩展。研究表明，干湿循环作用是膨胀土滑坡灾害的重要诱导因素。反复蒸发—降雨过程造成膨胀土边坡极易失稳破坏，而裂隙发育占据了主要原因。研究干湿循环作用下裂隙发育机制是揭示蒸发
‑
降雨条件膨胀土边坡失稳机理的重要研究基础，对正确解决膨胀土工程问题有积极的意义。
[0003]为研究干湿循环作用下膨胀土裂隙发育机理，学者们开展了积极的探索。但目前的研究更多关注了膨胀土表面裂隙的发育，而对沿深度方向上裂隙扩展鲜有研究，而裂隙在空间中始终处于三维扩展状态，研究裂隙在空间中的发育对揭示膨胀土裂隙扩展机制有促进作用。膨胀土三维裂隙时空演化模型试验系统的研发，为全面研究水分运移规律与裂隙空间扩展规律提供了可行方法。
[0004]因此，如何基于高密度电阻率成像特征反演裂隙空间分布，分析裂隙空间动态发育过程及演化规律是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法，本专利技术开展不同干湿循环次数下的膨胀土裂隙演化模型试验，基于高密度电阻率成像的裂隙重构技术，反演出不同深度处的裂隙分布，同时对反演获得的裂隙图像通过图像处理系统进行定量分析，揭示在干湿循环作用下膨胀土裂隙演化机理。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法，包括：
[0007]制备膨胀土样品，构建膨胀土三维裂隙时空演化模型；
[0008]将所述膨胀土样品置于所述膨胀土三维裂隙时空演化模型内，进行裂隙演化处理；
[0009]通过高密度电阻测定系统测定裂隙演化过程中土体电阻率数据；
[0010]利用土体电阻率数据对裂隙重构，反演出不同深度处的裂隙图像；
[0011]获取裂隙演化过程中的表面裂隙图像；
[0012]构建裂隙图像定量化处理系统，分别对反演获得的裂隙图像以及表面裂隙图像进行处理，导出裂隙定量化描述特征。
[0013]优选的，在所述制备膨胀土样品之前，先从膨胀土分布区采集原状膨胀土样，并测
试所述膨胀土样的基本物理力学指标。
[0014]优选的，所述膨胀土样品采用泥浆法制备，将所述膨胀土样进行晒干、碾碎和/或过筛处理，并充分搅拌。
[0015]优选的，所述裂隙演化处理包括：通过大气自然蒸发，当含水率达到稳定状态且膨胀土裂隙扩展稳定时，采用降雨器，对膨胀土进行湿化处理，并计算加水量至预设值，一次干湿循环结束，采用同样的方法进行多次干湿循环处理。
[0016]优选的，所述通过高密度电阻测定系统测定裂隙演化过程中土体电阻率数据，包括：在所述膨胀土三维裂隙时空演化模型空间内布设多层结构，且每层由若干电极排布成四边形，所述高密度电阻测定系统与所述电极连接；
[0017]测量不同电极组合间的电阻率，得到空间中的电阻率数据，并对所述电阻率数据进行处理。
[0018]优选的，对所述电阻率数据进行处理，包括：将电阻率数据组成矩阵单元，利用最小二乘法计算电阻率数据，并通过补修算法根据不同电极组合对电阻率的贡献率计算修正量，对电阻率数据进行修正。
[0019]优选的，还包括：获取电极间的电阻率影响因素，剔除影响因素对电阻率的贡献值，得到空间结构变化导致的电阻率变化数据，得到电阻率分布图，将所述电阻率分布图转化为裂隙分布图，得到裂隙扩展位置。
[0020]优选的，所述裂隙图像定量化处理系统基于MATLAB
‑
GUI工具开发裂隙图像定量化处理平台LieXiSYSTEM，对裂隙图像的处理过程包括：输入裂隙图像；对所述裂隙图像进行预处理；提取图像特征；图像批量化处理；图像数据保存并退出；
[0021]其中，所述预处理包括图像平滑处理、图像锐化处理、图像灰度化处理和图像二值化处理，得到包括裂隙区域和土体区域的二值化图像；
[0022]所述提取图像特征包括：通过统计裂隙区域像素数量，确定裂隙面积，并得到裂隙面积率；
[0023]通过累加相邻像素距离，提取裂隙区域的轴线以提取裂隙骨架，输出裂隙骨架图像；确定裂隙长度，并得到裂隙总长度；
[0024]根据所述裂隙面积和所述裂隙总长度，确定裂隙平均宽度；
[0025]输出裂隙长度、裂隙面积、裂隙宽度和裂隙面积率。
[0026]优选的，所述获取裂隙演化过程中的表面裂隙图像包括采用正向高分辨率面阵工业相机采集膨胀土样品正面裂隙图像，采用侧向高分辨率面阵工业相机采集膨胀土样品侧面裂隙图像。
[0027]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法，包括：制备膨胀土样品，构建膨胀土三维裂隙时空演化模型；将所述膨胀土样品置于所述膨胀土三维裂隙时空演化模型内，进行裂隙演化处理；通过高密度电阻测定系统测定裂隙演化过程中土体电阻率数据；利用土体电阻率数据对裂隙重构，反演出不同深度处的裂隙图像；获取裂隙演化过程中的表面裂隙图像；构建裂隙图像定量化处理系统，分别对反演获得的裂隙图像以及表面裂隙图像进行处理，导出裂隙定量化描述特征。本专利技术开展不同干湿循环次数下的膨胀土裂隙演化模型试验，基于高密度电阻率成像的裂隙重构技术，反演出不同深度处的裂隙分布，同时对反演获得的裂隙图像通过
图像处理系统进行定量分析，揭示在干湿循环作用下膨胀土裂隙演化机理。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术提供的膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法流程图；
[0030]图2为本专利技术实施例提供的膨胀土三维裂隙时空演化模型试验系统结构图；
[0031]图3为本专利技术实施例提供的裂隙图像定量化处理系统结构图；
[0032]图4为本专利技术实施例提供的LieXiSYSTEM图像处理平台软件界面图；
[0033]图5为本专利技术实施例提供的z＝0.1m时的电极平面布置图；
[0034]图6为本专利技术实施例提供的电极测试排列方式图；
[0035]图7为本专利技术实施例提供的电极空间分布图；
[0036]图8为本专利技术实施例提供的裂隙图像示意图；
[0037]图9为本专利技术实施例提供的LeiXiSYSTEM图像处理平台输出的裂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法，其特征在于，包括：制备膨胀土样品，构建膨胀土三维裂隙时空演化模型；将所述膨胀土样品置于所述膨胀土三维裂隙时空演化模型内，进行裂隙演化处理；通过高密度电阻测定系统测定裂隙演化过程中土体电阻率数据；利用土体电阻率数据对裂隙重构，反演出不同深度处的裂隙图像；获取裂隙演化过程中的表面裂隙图像；构建裂隙图像定量化处理系统，分别对反演获得的裂隙图像以及表面裂隙图像进行处理，导出裂隙定量化描述特征。2.根据权利要求1所述的一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法，其特征在于，在所述制备膨胀土样品之前，先从膨胀土分布区采集原状膨胀土样，并测试所述膨胀土样的基本物理力学指标。3.根据权利要求2所述的一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法，其特征在于，所述膨胀土样品采用泥浆法制备，将所述膨胀土样进行晒干、碾碎和/或过筛处理，并充分搅拌。4.根据权利要求1所述的一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法，其特征在于，所述裂隙演化处理包括：通过大气自然蒸发，当含水率达到稳定状态且膨胀土裂隙扩展稳定时，采用降雨器，对膨胀土进行湿化处理，并计算加水量至预设值，一次干湿循环结束，采用同样的方法进行多次干湿循环处理。5.根据权利要求1所述的一种膨胀土三维裂隙时空演化模型试验方法，其特征在于，所述通过高密度电阻测定系统测定裂隙演化过程中土体电阻率数据，包括：在所述膨胀土三维裂隙时空演化模型空间内布设多层结构，且每层由若干电极排布成四边形，所述高密度电阻测定系统与所述电极连接；测量不同电极组合间的电阻率，得到空间中的电阻率数据，并对所述电阻率数据进行处理。6.根据权利要求5所述的一种膨胀土三维裂隙时空演化...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴张俊，郭建华，陈善雄，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：