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自20世纪90年代CT技术用于岩石损伤特性识别研究以来,越来越多的学者利用CT技术对岩土材料在不同荷载作用下的细观力学行为进行了研究。当前国内外的相关研究多集中于损伤、缺陷或裂纹等的演化机理和损伤本构关系两大领域。随着计算机技术的不断完善和发展,CT识别技术的不断改进成为最先进的无损检测手段,利用CT识别技术可以无扰动地、多方位地对各种荷载作用下岩土材料结构变化进行连续扫描,对试验过程中试样内部变化进行动态观测,得到试样的微观结构变化、细观颗粒的物质移动、裂隙发育、局部密度的变化情况。所得到的CT图像反映岩体内部不同物质的分布情况可以通过灰色度的变化在图像中得到再现,图像很好地反映了材料的细观结构。
数字图像处理技术也逐渐发展成为一门独立的学科并在各个学科领域得到广泛应用,它主要是将研究的物体转化为储存在计算机中的数字图像,并运用计算机对图像信息进行分析和处理从而得到所需要的研究结果。目前对数字图像尤其是CT图像及其处理方法的研究总体还比较薄弱,虽已有不少学者将数字图像处理技术应用在对损伤或者微裂纹演化过程的有效揭示和定量描述中。如:国外在CT图像解释和裂纹三维重建方面所做工作较多,并且已出现用室内X射线岩石CT试验模拟野外岩体节理形状的动向;国内研究者对CT图像中的CT数分布规律进行了较多的分析,但对裂纹的定量分析主要从理论上进行。
本文以岩石材料的CT图像为研究对象,充分利用CT扫描图像资料中的信息,提出了一种CT图像分析方法。首先利用数字图像增强技术实现了CT图像的增强,并根据数字图像进行了对比度调整;然后根据数字图像分割技术提取岩石中的空隙和裂隙;在此基础上,利用Marching Cube算法进行了连续CT断层图像的三维重建,实现了岩石加载试验中不同阶段的裂纹分布的可视化,不仅可以直观地观察到岩石的损伤演变情况,而且准确地描述了岩石材料内部介质的空间分布;结合损伤理论定义了以损伤体积作为损伤因子的损伤变量,损伤变量与偏应力间的曲线关系符合岩石损伤演化特性。
本文根据岩石CT扫描图像资料,利用数字图像处理技术基于MATLAB提取CT图像中的有用信息并对岩石CT图像裂纹进行三维重建,对岩石材料在受力情况下的损伤活动行了更为深入的研究。