砂土顆粒細觀特性的圖像分析.pdf

1、砂土是典型的離散材料，細觀顆粒的離散特性決定了其宏觀各向異性，因此，砂土細觀組構特性研究引起了國內外專家學者的廣泛關注。砂土組構細觀成因主要有三個，即:顆粒接觸點法向量的優(yōu)勢方向分布、顆?？臻g排列方式以及顆?？紫犊臻g的分布規(guī)律。本文主要開展了砂土組構的顆粒接觸點法向量和顆?？臻g排列兩個成因研究，針對現有研究中存在的一些不足，重新定義了兩個成因的理論表達式，結合圖像識別理論和matlab軟件，基于形態(tài)學原理的圖像分析技術，對砂土細觀組構的

2、兩個成因進行定量描述。利用電子與通信學科在細觀圖形分析的優(yōu)勢，結合巖土宏細觀理論方面的知識，為顆粒材料宏細觀結合的定量研究提供科研依據。
　　首先，介紹了砂土顆粒接觸點法向量成因的組構理論描述。在考慮現有顆粒接觸點法向量組構描述理論基礎上，給出了顆粒接觸點法向量的三維空間的一般描述表達式，結合形態(tài)學圖像識別技術，推導了平面組構的定量描述方法，用平面組構張量的不變量定義主組構空間各向異性的大小和方向，然后將其三維化，用平面顆粒接觸信

3、息來描述其三維組構特性。隨著組構階數的增加，該方法可以實現對圖形分析信息的精確描述，克服了傳統(tǒng)方法的許多不足，具有更廣的應用范圍。
　　其次，詳述了砂土顆粒排列成因的組構理論描述方法。針對Oda等定義的組構張量無法描述砂土顆粒形狀對其各向異性的影響，運用形態(tài)學圖像處理技術將任意形狀的顆粒簡化為橢圓形顆粒來描述其幾何尺寸，考慮橢圓長短軸因素對顆粒排列的影響，重新定義了顆粒排列成因組構張量的廣義理論表達式。結合形態(tài)學圖像處理與分析技術

4、可以實現組構張量的定量描述。
　　再次，編制了圖像處理分析程序對砂土細觀試驗圖像進行了分析。應用圖像處理技術對采集的SEM圖像進行處理。處理過程包括圖像的預處理、二值化、中值濾波、形態(tài)學處理以及分割粘連顆粒等，使SEM圖像成為顆粒分離明確、邊界清晰的二值圖像。采用matlab軟件通過調節(jié)程序采用不同的算法進行圖像處理，對比不同算法語句的處理效果圖，從中選出最適合進行顆粒圖像處理的算法，處理好的圖片為下一步的圖像分析做好準備。