巖土微細結構變形跟蹤測試方法研究及其應用.pdf

1、近年來，隨著科學技術的發(fā)展，土體微細結構變形性能的研究已經成為巖土力學界關注的熱點。研究表明，工程土體在宏觀上所表現出來的非連續(xù)、不均勻、各向異性和不確定性等復雜特性，根本上都與土體微觀結構的變形及其形態(tài)有關。因此，揭示土體工程特性與其微觀結構變形之間的內在規(guī)律性，建立具有微觀結構變形特征背景的巖土本構模型，對防止地基的坍塌、下陷和變形以及分析污染物在巖土介質中的運移都有非常重要的意義。鑒于此，本文研究的目的在于探討土體宏觀和微觀之間的

2、相互關系，通過土體微觀結構的定量分析，解決相關的宏觀問題，進而指導實際工程的順利進行。為了更好地定量研究土體微觀結構的變形性能，本文利用光學測量方法和數字圖像處理技術，研制了一套巖土微觀結構變形跟蹤測量系統。其主要工作如下： (1)針對巖土微觀結構變形跟蹤測量實驗的特點，提出了基于數字圖像相關的巖土顯微成像跟蹤測量方法，系統闡述了該方法的測量原理和實施方案。改進了數字圖像相關匹配算法，不僅編程上易于實現，而且運算時間大大減少，進

3、而提高了目標跟蹤的速度，滿足了跟蹤的實時性要求。同時運用變模板搜索方式，使目標的定位精度同樣得到了較大提高，保證了系統運行的可靠性。在此基礎上，開發(fā)設計出一套基于多線程的圖像實時顯示和跟蹤軟件，為顯微成像跟蹤測量方法在巖土模型實驗中的應用和推廣奠定了堅實的基礎。 (2)研制了一臺巖土微觀結構變形跟蹤測量裝置。將原有的手動三維控制臺利用數控技術改裝成數控平臺，同時運用電子技術研制了與之配套的SMAT-Ⅰ型三維控制臺驅動器。將數控平

4、臺、三維控制臺驅動器、遠距離、遠心顯微鏡頭和計算機圖像處理系統組裝成一臺適于巖土微觀結構變形測量的自動跟蹤裝置。在石灰固化土微觀結構變形測量實驗中驗證了該自動跟蹤系統的可靠性。 (3)由于生態(tài)土的土顆粒較大且土樣表面孔隙較多，導致拍攝系統的景深不能滿足生態(tài)土微觀圖像拍攝的需要。本文將小波變換的多分辨率技術引入到巖土微觀序列圖像處理中，對巖土微觀圖像進行二維小波分解，得到圖像的低頻分量和高頻分量。然后，對分量在不同分解尺度上的小波

5、系數進行算法優(yōu)化，找到了一種巖土微觀圖像景深不夠的處理方法。通過對景深不夠的生態(tài)土微觀圖像進行小波變換處理，得到了較滿意的結果。 (4)進一步發(fā)展了顯微成像跟蹤技術，由一點跟蹤模式發(fā)展成兩點跟蹤模式。通過兩點跟蹤模式的驗證實驗，結果表明，不僅成功跟蹤到目標，而且利用雙線性插值技術提高了計算精度。同時，將兩點跟蹤模式結合光學引伸計設計開發(fā)出一套低維材料單軸拉伸跟蹤實驗系統，該系統測試設備簡單，軟件界面友好。通過對頭發(fā)絲力學性能的測