基于图像定量分析的砂岩破坏细观机理研究

本文首先对岩土力学CT测试原理进行了概括介绍,并对当前岩土材料力学行为的CT研究进行了总结和分析,对研究中存在的不足和发展的趋势进行了探讨。文中引入数学形态学、集合论、测度论、矩阵论和计算机图像学的思想、原理和方法,提出了一套岩土CT实验资料几何信息（裂纹的长度、宽度、面积和形状因子）和物理信息（CT数信息）定量化分析测量和描述的方法及参数体系。用所定义的裂纹提取算法和判定准则在阈值ζ=20的条件下检出了裂纹二值图像,并以之为例进行了定量化描述,达到了对岩土CT图像资料定量化描述的目的,实现了对兴趣域（region of interest。简称ROI）的定义、量化描述及其演化过程的追踪。 基于图像处理中分割描述的思想,对某砂岩CT资料进行了分区描述,经过对CT数最值演化的追踪,经验确定了分区阈值ζ1=50,ζ2=100。在此基础上对砂岩各断面在各应力阶段的CT图像进行了安全区、损伤进行区和破损区的检出,并对各区上附带CT数信息进行了提取和统计。在对所提取的时间和空间信息进行分析的基础上,利用CT数频数分布、等值线、分区描述和最值法对裂纹的启裂位置、启裂判据和细观机理进行了研究。基于上述研究和获取资料,根据定义的统计损伤变量,建立了一个基于CT数的损伤演化方程和本构方程。 本文对基于图像测量的实验资料的处理和定量化描述进行了有益的探索,对所提取图像信息进行了充分分析和有效利用,进一步推动了岩土力学CT实验的发展,具有一定的理论意义和实用价值。