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90年代CT技術用于巖石損傷特性識別研究以來，越來越多的學者利用CT技術對巖土材料在不同荷載作用下的細觀力學行為進行了研究。當前國內外的相關研究多集中于損傷、缺陷或裂紋等的演化機理和損傷本構關系兩大領域。隨著計算機技術的不斷完善和發(fā)展，CT識別技術的不斷改進成為最先進的無損檢測手段，利用CT識別技術可以無擾動地、多方位地對各種荷載作用下巖土材料結構變化進行連續(xù)掃描，對試驗過程中試樣內部變化進行動態(tài)觀測，得到試樣的微觀結構變化、

2、細觀顆粒的物質移動、裂隙發(fā)育、局部密度的變化情況。所得到的CT圖像反映巖體內部不同物質的分布情況可以通過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觀結構。 數字圖像處理技術也逐漸發(fā)展成為一門獨立的學科并在各個學科領域得到廣泛應用，它主要是將研究的物體轉化為儲存在計算機中的數字圖像，并運用計算機對圖像信息進行分析和處理從而得到所需要的研究結果。目前對數字圖像尤其是CT圖像及其處理方法的研究總體還比較薄弱，雖已有不少學者

3、將數字圖像處理技術應用在對損傷或者微裂紋演化過程的有效揭示和定量描述中。如：國外在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X射線巖石CT試驗模擬野外巖體節(jié)理形狀的動向；國內研究者對CT圖像中的CT數分布規(guī)律進行了較多的分析，但對裂紋的定量分析主要從理論上進行。 本文以巖石材料的CT圖像為研究對象，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。首先利用數字圖像增強技術實現(xiàn)了CT圖像的增強，并根據

4、數字圖像進行了對比度調整；然后根據數字圖像分割技術提取巖石中的空隙和裂隙；在此基礎上，利用Marching Cube算法進行了連續(xù)CT斷層圖像的三維重建，實現(xiàn)了巖石加載試驗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，而且準確地描述了巖石材料內部介質的空間分布；結合損傷理論定義了以損傷體積作為損傷因子的損傷變量，損傷變量與偏應力間的曲線關系符合巖石損傷演化特性。 本文根據巖石CT掃描圖像資料，利用數字圖像