基于图像处理的Q_3黄土的微观结构变化研究  

STUDY OF Q_3 LOESS MICROSTRUCTURE CHANGES BASED ON IMAGE PROCESSING

作　　者：谷天峰[1,2] 王家鼎[1,2] 郭乐 仵大磊[1,2] 李开超 

机构地区：[1]西北大学地质系,陕西西安710069 [2]西北大学大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069

出　　处：《岩石力学与工程学报》2011年第S1期3185-3192,共8页Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering

基　　金：国家自然科学基金资助项目(40972193);西北大学大陆动力学国家重点实验室科技部专项经费资助项目(BJ091350);陕西省教育厅自然科学专项(09JK745)

摘　　要：黄土地质灾害的发生与黄土的微结构特征息息相关。针对黄土微结构图像定量分析中存在的问题,对原状及循环荷载作用后Q3黄土的微观结构特征进行研究。首先探讨SEM图像处理中的降噪和分割方法,将Lee图像增强算法应用于图像的降噪处理,将FCM聚类方法应用于灰度图像的分割,在此基础上计算循环荷载作用前后Q3黄土的孔隙面积、孔径、圆度、形态比等参数。结果表明:(1)通过SEM图像表观特征的分析可知,在动应力的作用下,大孔隙数目减少,颗粒排列逐渐密实,接触关系也逐渐由点接触变为面接触;(2)通过对孔隙面积、数量变化的分析可知,循环荷载产生的变形主要由于大孔隙破坏造成;(3)通过对孔隙定向分布特征的研究可知,原状黄土的孔隙具有定向特性,在循环荷载的作用下,孔隙的定向性发生改变;(4)通过对孔隙形状分布特征的研究可知,在动应力作用下,土颗粒发生转动,部分孔隙连通性受损。本研究可为揭示土体宏观受力的变形机制提供依据。黄土地质灾害的发生与黄土的微结构特征息息相关。针对黄土微结构图像定量分析中存在的问题,对原状及循环荷载作用后Q3黄土的微观结构特征进行研究。首先探讨SEM图像处理中的降噪和分割方法,将Lee图像增强算法应用于图像的降噪处理,将FCM聚类方法应用于灰度图像的分割,在此基础上计算循环荷载作用前后Q3黄土的孔隙面积、孔径、圆度、形态比等参数。结果表明:(1)通过SEM图像表观特征的分析可知,在动应力的作用下,大孔隙数目减少,颗粒排列逐渐密实,接触关系也逐渐由点接触变为面接触;(2)通过对孔隙面积、数量变化的分析可知,循环荷载产生的变形主要由于大孔隙破坏造成;(3)通过对孔隙定向分布特征的研究可知,原状黄土的孔隙具有定向特性,在循环荷载的作用下,孔隙的定向性发生改变;(4)通过对孔隙形状分布特征的研究可知,在动应力作用下,土颗粒发生转动,部分孔隙连通性受损。本研究可为揭示土体宏观受力的变形机制提供依据。

关 键 词：土力学 黄土微观结构 SEM图像分析 孔隙变化 

分 类 号：TU45[建筑科学—岩土工程] TD31[建筑科学—土工工程]