巖石CT序列圖像裂紋三維重建及其損傷特性的研究.pdf

1、自20世紀(jì)90年代CT技術(shù)用于巖石損傷特性識(shí)別研究以來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者利用CT技術(shù)對(duì)巖土材料在不同荷載作用下的細(xì)觀力學(xué)行為進(jìn)行了研究。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究多集中于損傷、缺陷或裂紋等的演化機(jī)理和損傷本構(gòu)關(guān)系兩大領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，CT識(shí)別技術(shù)的不斷改進(jìn)成為最先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)手段，利用CT識(shí)別技術(shù)可以無(wú)擾動(dòng)地、多方位地對(duì)各種荷載作用下巖土材料結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行連續(xù)掃描，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中試樣內(nèi)部變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)，得到試樣的微觀結(jié)構(gòu)變化、

2、細(xì)觀顆粒的物質(zhì)移動(dòng)、裂隙發(fā)育、局部密度的變化情況。所得到的CT圖像反映巖體內(nèi)部不同物質(zhì)的分布情況可以通過(guò)灰色度的變化在圖像中得到再現(xiàn)，圖像很好地反映了材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)。 數(shù)字圖像處理技術(shù)也逐漸發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科并在各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它主要是將研究的物體轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中的數(shù)字圖像，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行分析和處理從而得到所需要的研究結(jié)果。目前對(duì)數(shù)字圖像尤其是CT圖像及其處理方法的研究總體還比較薄弱，雖已有不少學(xué)者

3、將數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用在對(duì)損傷或者微裂紋演化過(guò)程的有效揭示和定量描述中。如：國(guó)外在CT圖像解釋和裂紋三維重建方面所做工作較多，并且已出現(xiàn)用室內(nèi)X射線巖石CT試驗(yàn)?zāi)M野外巖體節(jié)理形狀的動(dòng)向；國(guó)內(nèi)研究者對(duì)CT圖像中的CT數(shù)分布規(guī)律進(jìn)行了較多的分析，但對(duì)裂紋的定量分析主要從理論上進(jìn)行。 本文以巖石材料的CT圖像為研究對(duì)象，充分利用CT掃描圖像資料中的信息，提出了一種CT圖像分析方法。首先利用數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了CT圖像的增強(qiáng)，并根據(jù)

4、數(shù)字圖像進(jìn)行了對(duì)比度調(diào)整；然后根據(jù)數(shù)字圖像分割技術(shù)提取巖石中的空隙和裂隙；在此基礎(chǔ)上，利用Marching Cube算法進(jìn)行了連續(xù)CT斷層圖像的三維重建，實(shí)現(xiàn)了巖石加載試驗(yàn)中不同階段的裂紋分布的可視化，不僅可以直觀地觀察到巖石的損傷演變情況，而且準(zhǔn)確地描述了巖石材料內(nèi)部介質(zhì)的空間分布；結(jié)合損傷理論定義了以損傷體積作為損傷因子的損傷變量，損傷變量與偏應(yīng)力間的曲線關(guān)系符合巖石損傷演化特性。 本文根據(jù)巖石CT掃描圖像資料，利用數(shù)字圖像