砂土顆粒細(xì)觀特性的圖像分析.pdf

1、砂土是典型的離散材料，細(xì)觀顆粒的離散特性決定了其宏觀各向異性，因此，砂土細(xì)觀組構(gòu)特性研究引起了國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。砂土組構(gòu)細(xì)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排列方式以及顆粒孔隙空間的分布規(guī)律。本文主要開展了砂土組構(gòu)的顆粒接觸點法向量和顆?？臻g排列兩個成因研究，針對現(xiàn)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(jié)合圖像識別理論和matlab軟件，基于形態(tài)學(xué)原理的圖像分析技術(shù)，對砂土細(xì)觀組構(gòu)的

2、兩個成因進行定量描述。利用電子與通信學(xué)科在細(xì)觀圖形分析的優(yōu)勢，結(jié)合巖土宏細(xì)觀理論方面的知識，為顆粒材料宏細(xì)觀結(jié)合的定量研究提供科研依據(jù)。
　　首先，介紹了砂土顆粒接觸點法向量成因的組構(gòu)理論描述。在考慮現(xiàn)有顆粒接觸點法向量組構(gòu)描述理論基礎(chǔ)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(jié)合形態(tài)學(xué)圖像識別技術(shù)，推導(dǎo)了平面組構(gòu)的定量描述方法，用平面組構(gòu)張量的不變量定義主組構(gòu)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(gòu)特性。隨著組構(gòu)階數(shù)的增加，該方法可以實現(xiàn)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(yīng)用范圍。
　　其次，詳述了砂土顆粒排列成因的組構(gòu)理論描述方法。針對Oda等定義的組構(gòu)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(xué)圖像處理技術(shù)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(gòu)張量的廣義理論表達式。結(jié)合形態(tài)學(xué)圖像處理與分析技術(shù)

4、可以實現(xiàn)組構(gòu)張量的定量描述。
　　再次，編制了圖像處理分析程序?qū)ι巴良?xì)觀試驗圖像進行了分析。應(yīng)用圖像處理技術(shù)對采集的SEM圖像進行處理。處理過程包括圖像的預(yù)處理、二值化、中值濾波、形態(tài)學(xué)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(diào)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(zhǔn)備。