專利名稱：巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖體力學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的目的 是確定巖體不連續(xù)面的抗剪參數(shù)，為巖體穩(wěn)定性分析與防治提供依據(jù)，是比較常規(guī)的巖石力學(xué)試驗(yàn)。巖體結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度是巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析及其防治設(shè)計(jì)中最重要的力學(xué)參數(shù)之一，多年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直高度關(guān)注其取值問(wèn)題。目前測(cè)量抗剪強(qiáng)度參數(shù)的方法主要有四種，即模擬試驗(yàn)、參數(shù)反演、經(jīng)驗(yàn)估算方法和直剪試驗(yàn)。其中，直剪試驗(yàn)原理簡(jiǎn)單、操作容易、成本低廉且試驗(yàn)周期短，因而被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程與科研教學(xué)中。在直剪試驗(yàn)操作過(guò)程中，剪切面積的測(cè)量至關(guān)重要，直接影響試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于巖體結(jié)構(gòu)面剪切面積的測(cè)量，常規(guī)的方法主要是首先將透明的蠟紙置于剪切破壞后的巖體結(jié)構(gòu)面上，然后用鉛筆將結(jié)構(gòu)面剪切部分的輪廓手繪于透明蠟紙上，再借助網(wǎng)格紙逐個(gè)地?cái)?shù)出透明蠟紙上閉合輪廓線所占的格子數(shù)，最后匯總并計(jì)算巖體結(jié)構(gòu)面剪切面積。常規(guī)的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法主要存在以下缺陷
(1)在描繪剪切部分面積的輪廓過(guò)程中，由于視覺(jué)角度和光線等原因，極易造成輪廓面積大于或小于實(shí)際剪切面積的誤差；
(2)在方格統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，由于每個(gè)方格的尺寸微小(AmmXlmm),長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，出現(xiàn)漏數(shù)、多數(shù)的現(xiàn)象；
(3)在方格統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，往往出現(xiàn)輪廓部分包含非整個(gè)方格的現(xiàn)象(如半個(gè)方格)，通常的做法是采用四舍五入的方法，變成整數(shù)個(gè)，近似過(guò)程中引入了統(tǒng)計(jì)偏差；
(4 )由于常規(guī)測(cè)量方法整個(gè)過(guò)程屬于純?nèi)斯げ僮?，工作效率較低，不適于大批量及處理中、大規(guī)模尺寸的巖體試驗(yàn)樣本測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積的測(cè)量方法，該方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單、便捷，并且測(cè)量準(zhǔn)確。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案
本發(fā)明提供的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積的測(cè)量方法，包括以下步驟
(1)直剪試驗(yàn)后的巖體結(jié)構(gòu)面照片采集，數(shù)碼相機(jī)應(yīng)進(jìn)行垂直拍攝，采用近景攝影模式，像素> 1200萬(wàn)；
(2)對(duì)采集的巖體結(jié)構(gòu)面彩色圖片裁剪與填充，要求填充的顏色深于剪切部分的顏
色；
(3)將裁減與填充后的巖體結(jié)構(gòu)面彩色圖片轉(zhuǎn)換為灰階圖片；
(4)根據(jù)得到的巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片，選擇灰度閥值；(5)基于選擇的灰度閥值八將巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片；
(6)計(jì)算白色部分占整個(gè)圖片的面積百分比，即巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分
比；
(7)根據(jù)拍照時(shí)采用的刻度尺作為參照物，計(jì)算出巖體結(jié)構(gòu)面實(shí)際的總面積；
(8)求出巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的剪切面積f； 經(jīng)過(guò)上述步驟，完成對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量。上述步驟(5)中，在將巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片過(guò)程時(shí)，經(jīng)灰度閥值處理后的巖體結(jié)構(gòu)面圖像滿足，
,x Jl如果版V)>F g "|o 如果
式中'T為灰度閥值％ 為圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)\f (X，y)為灰階圖片中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值函數(shù)為灰階圖片轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值函數(shù)；
標(biāo)注為I的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)剪切點(diǎn)，顏色設(shè)置為白色，標(biāo)注為0的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)非剪切點(diǎn)，表現(xiàn)為黑色；
所述巖體結(jié)構(gòu)面為灰黑色、灰褐色、灰色的灰?guī)r，其灰度閥值r可以為110-160。對(duì)于其它巖性和顏色的巖體結(jié)構(gòu)面，灰度閥值r均可根據(jù)觀測(cè)規(guī)律獲得。所述其它巖性的巖體結(jié)構(gòu)面是指花崗巖、砂巖、頁(yè)巖或大理巖等巖體結(jié)構(gòu)面，所述其它顏色的巖體結(jié)構(gòu)面是指白色、灰白色或黑色等巖體結(jié)構(gòu)面。本發(fā)明可以按照下述公式計(jì)算剪切部分占整個(gè)圖片的百分比，即巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比
tF=5.xl00%
A ，
式中#為巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比，Pb為圖片中剪切部分像素點(diǎn)個(gè)數(shù)'Pt為圖片中巖體結(jié)構(gòu)面總像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。本發(fā)明可以按照下述公式計(jì)算巖體結(jié)構(gòu)面的實(shí)際面積
S^AxB=axhxC2 ,
式中A為巖體結(jié)構(gòu)面的實(shí)際面積，C為巖體結(jié)構(gòu)面尺寸比例尺，a和6分別為圖片中巖體結(jié)構(gòu)面的長(zhǎng)寬d和A分別為實(shí)際中巖體結(jié)構(gòu)面的長(zhǎng)寬。本發(fā)明可以按照下述公式求出巖體結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)的剪切面積P
S1 = SxW ,式中^為巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的剪切面積，S為巖體結(jié)構(gòu)面的實(shí)際面積#為巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比。本發(fā)明對(duì)于顏色較淺的巖樣，在巖體結(jié)構(gòu)面可以分離的前提下，進(jìn)行直剪試驗(yàn)前，采用表面涂抹黑色墨水的方法進(jìn)行改進(jìn)，然后再進(jìn)行本方法中的步驟(I) - (8)，同樣得到巖體結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)的剪切面積。本發(fā)明與常規(guī)剪切面積測(cè)量方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性進(jìn)步
其一.操作簡(jiǎn)單由于測(cè)量過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，所以操作簡(jiǎn)單，適用于顏色較深的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的剪切面積測(cè)量，對(duì)于顏色較淺者，可以按照本方法的步驟(9)進(jìn)行改業(yè)
口 O其二 .實(shí)用性強(qiáng)由于測(cè)量過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，所以能夠減少地質(zhì)工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，試驗(yàn)周期縮短為常規(guī)方法的50%以下，從而提高了試驗(yàn)工作效率和測(cè)量精度。
其二 .測(cè)量成本較低約降低測(cè)量成本約為常規(guī)方法的80%。其三.應(yīng)用廣不僅適用于水利水電、地質(zhì)勘測(cè)、礦山開(kāi)采、公路建設(shè)的工程應(yīng)用中，同時(shí)也廣泛應(yīng)用于科研院所教學(xué)研究當(dāng)中?？傊景l(fā)明可以解決目前常規(guī)測(cè)量方法操作復(fù)雜、步驟繁瑣、工作效率低、人為誤差大等缺陷，并且由于操作簡(jiǎn)單，對(duì)減輕地質(zhì)工作者的工作負(fù)擔(dān)，提高測(cè)量精度與工作效率，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義；同時(shí)由于成本較低，易于推廣。


圖I為本發(fā)明的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例照片采集示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例圖片的示意圖(彩色圖片)。圖4為本發(fā)明實(shí)施例圖片的裁剪示意圖(彩色圖片)。圖5為本發(fā)明實(shí)施例圖片的填充示意圖(彩色圖片)。圖6為本發(fā)明實(shí)施例的某一巖體結(jié)構(gòu)面的圖片(彩色圖片)。圖7為本發(fā)明實(shí)施例基于圖6的圖片轉(zhuǎn)換的灰階圖片。圖8為本發(fā)明實(shí)施例的某一巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片。圖9為本發(fā)明實(shí)施例基于圖8灰階圖片轉(zhuǎn)換的黑白二值圖片。圖10為本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)據(jù)對(duì)比的曲線。圖中1.數(shù)碼相機(jī)；2.巖體結(jié)構(gòu)面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明提供的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法，參見(jiàn)圖I至圖9，包括以下步驟
(I)巖體結(jié)構(gòu)面照片采集
將剪切后的巖體結(jié)構(gòu)面置于光亮處，使用普通數(shù)碼相機(jī)對(duì)剪切后的巖體結(jié)構(gòu)面表面進(jìn)行拍照。拍照前要求將巖體結(jié)構(gòu)面表面清理干凈，同時(shí)用I 精度的刻度尺作為參照物放在旁邊，刻度尺應(yīng)包含在圖片內(nèi)。參見(jiàn)圖2-圖3，拍照時(shí)數(shù)碼相機(jī)I的鏡頭垂直對(duì)焦巖體結(jié)構(gòu)面2，選擇近景模式進(jìn)行拍攝，避免角度引起的誤差，像素最好不低于1200萬(wàn)像素，獲取清晰的巖體結(jié)構(gòu)面彩色圖片。(2)圖片的裁剪和填充
拍攝的巖體結(jié)構(gòu)面彩色圖片，除了巖體結(jié)構(gòu)面本身，作為參照的比例尺和周圍多余的混凝土試塊均在照片中，在進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)面剪切面積統(tǒng)計(jì)時(shí)，這些范圍是不應(yīng)該給予計(jì)算的，因此需要將這些范圍進(jìn)行裁剪。又由于巖體結(jié)構(gòu)面形狀為近長(zhǎng)方形，但不是規(guī)則的長(zhǎng)方形，并且在試樣澆筑過(guò)程中，部分混凝土覆蓋于巖體結(jié)構(gòu)面邊緣處，這些不規(guī)則以及混凝土覆蓋的部分應(yīng)該進(jìn)行圖像處理，填充為比剪切部分更深的顏色(圖4-圖5)。該步驟可以在Adobe Photoshop、MATLAB等圖像處理軟件中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。實(shí)際研究中，是基于MATLAB軟件進(jìn)行編程處理的，但是為了使操作過(guò)程通俗易懂，現(xiàn)以應(yīng)用更加廣泛的Adobe Photoshop (Adobe Photoshop CS3中文版)軟件為例加以說(shuō)明。具體操作步驟是運(yùn)用工具箱中的矩形選框工具對(duì)圖片進(jìn)行裁剪，提取出我們所研究的巖體結(jié)構(gòu)面(圖4);然后利用工具箱中的油漆桶工具，結(jié)合工具箱中的多邊形套索工具精確提取研究區(qū)域，并將非研究區(qū)域填充為深顏色(圖5)。(3)彩色圖片轉(zhuǎn)換為灰階圖片
該步驟利用了數(shù)字圖像處理中的圖像分割技術(shù)。該技術(shù)就是根據(jù)研究的需求，把待處理的圖像分割成具有獨(dú)特性質(zhì)的、特定的若干個(gè)區(qū)域，并進(jìn)一步提出研究者所感興趣目標(biāo)的技術(shù)與過(guò)程。作為圖像處理和圖像分析的關(guān)鍵步驟，根據(jù)采用的方法，圖像分割技術(shù)主要分為以下幾類基于閥值、基于區(qū)域、基于邊緣、基于特定理論的圖像分割技術(shù)等。目前比較常用的圖像分割技術(shù)是基于灰度閥值的方法。由于是基于灰度閥值，因此首先必須將采集的巖體結(jié)構(gòu)面彩色照片進(jìn)行灰度處理，使原彩色圖片變?yōu)榛译A圖片(圖6-圖7)。在這個(gè)過(guò)程中，圖像的灰度信息是沒(méi)有發(fā)生變化的。在將照相機(jī)拍攝的巖體結(jié)構(gòu)面剪切后的表面彩色圖片轉(zhuǎn)換成灰階圖片過(guò)程中，一張灰階圖像就是一個(gè)矩陣，矩陣中每一個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)圖像中的每一個(gè)像素，并且矩陣中的數(shù)字大小代表像素的灰度值，取值范圍是0-255。其中，0在灰階圖像中顯示黑色，255代表白色。 該步驟可以在Adobe Photoshop、MATLAB等圖像處理軟件中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，比如在Adobe Photoshop CS3 (中文版)軟件中，具體操作步驟是可以運(yùn)用菜單欄中圖像(I)—調(diào)整(A) - Black & White…工具實(shí)現(xiàn)彩色圖像向灰階圖片的轉(zhuǎn)換。(4)選擇灰度閥值
在巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切過(guò)程中，結(jié)構(gòu)面表面接觸的部位，由于受到摩擦破壞，產(chǎn)生巖石碎屑，出現(xiàn)擦痕，較周圍沒(méi)有剪切部位，一般來(lái)說(shuō)顏色較淺，這也正是采用常規(guī)剪切面積測(cè)量方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的依據(jù)。本發(fā)明同樣根據(jù)這一現(xiàn)象，利用圖像分割技術(shù)，將巖體結(jié)構(gòu)面圖像中受到剪切(顏色相對(duì)較淺)部位進(jìn)行提取?；叶乳y值7的確定，需要根據(jù)多次觀測(cè)規(guī)律，進(jìn)行目視檢查直方圖，尋找出剪切(顏色相對(duì)較淺)部位灰度的最小值，從而確定最終閥值r，本發(fā)明中所述巖體結(jié)構(gòu)面為灰黑色、灰褐色、灰色的灰?guī)r，其灰度閥值r可以為110-160。對(duì)于其它巖性和顏色的巖體結(jié)構(gòu)面，灰度閥值r均可根據(jù)觀測(cè)規(guī)律獲得。所述其它巖性的巖體結(jié)構(gòu)面是指花崗巖、砂巖、頁(yè)巖或大理巖等巖體結(jié)構(gòu)面，所述其它顏色的巖體結(jié)構(gòu)面是指白色、灰白色或黑色等巖體結(jié)構(gòu)面。該步驟可以在Adobe Photoshop、MATLAB等圖像處理軟件中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，比如在Adobe Photoshop CS3 (中文版)軟件中，具體操作步驟是利用工具欄中魔棒工具，點(diǎn)擊灰階圖片中剪切(顏色相對(duì)較淺)部位，此時(shí)在窗口右上方的直方圖中便可顯示該部位的灰度值。因?yàn)樵搅恋牟课换叶戎翟酱螅瑘D片中剪切(顏色相對(duì)較淺)部位往往不是一個(gè)固定值，因此我們必須多次操作，重復(fù)該過(guò)程，直至尋找出剪切(顏色相對(duì)較淺)部位的灰度最小值，即灰度閥值r。
(5)灰階圖片轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片
該轉(zhuǎn)換的目的是將圖像中結(jié)構(gòu)面剪切部分區(qū)域提取出來(lái)，其原理是基于步驟(4)中所選擇的灰度閥值r進(jìn)行處理，將巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片(圖8-圖9)，其中白色區(qū)域?yàn)榧羟胁糠?，黑色區(qū)域?yàn)榉羌羟胁糠帧，F(xiàn)假設(shè)巖體結(jié)構(gòu)面圖像的直方圖對(duì)應(yīng)函數(shù)/(U)，該圖像由非剪切與剪切兩部分組成，在灰階圖像中，非剪切與剪切部分的像素會(huì)具有兩種主要模式的灰度級(jí)，本發(fā)明所采用的分割技術(shù)便是選取一個(gè)灰度閥值r來(lái)分離這兩種模式的像素。 何滿足
的像素點(diǎn)(u)稱為剪切點(diǎn)(對(duì)象點(diǎn))；任何滿足/(U) <7的像素點(diǎn)則稱為非剪切點(diǎn)(背景
點(diǎn))。即，經(jīng)灰度閥值T處理后的巖體結(jié)構(gòu)面圖像g(U)滿足，
Ji 如果/(u)>r g x,x"lo 如果，
式中'T為灰度閥值％ 為圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)\f (X，y)為灰階圖片中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值函數(shù)為灰階圖片轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值函數(shù)。標(biāo)注為I的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)剪切點(diǎn),顏色設(shè)置為白色,標(biāo)注為0的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)非剪切點(diǎn)，表現(xiàn)為黑色。該步驟可以在Adobe Photoshop、MATLAB等圖像處理軟件中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，比如在Adobe Photoshop CS3 (中文版)軟件中，具體操作步驟是可以運(yùn)用菜單欄中圖像(I)—閥值(T)工具，點(diǎn)擊后會(huì)出現(xiàn)一對(duì)話框，將步驟(4)中所選擇的灰度閥值f填入閥值色階中，便可實(shí)現(xiàn)灰階圖片向黑白二值圖片的轉(zhuǎn)換，圖中，白色部分便是巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中的剪切部分。(6)根據(jù)公式(2)計(jì)算白色部分(剪切部分)占整個(gè)圖片的百分比，即巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比
r=^l XI oo%⑵，
式中#為巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比，Sb為圖片中剪切部分面積，St為圖片中巖體結(jié)構(gòu)面總面積。由步驟(4)可知，一張巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片是由大量的像素點(diǎn)按照矩陣的方式排列組合而成，如果肉眼通過(guò)放大鏡觀察照片，即可以看到排列整齊的小格子，其中每一個(gè)小格子即為一個(gè)像素點(diǎn)。像素點(diǎn)是圖片中的最小顯示單位，我們可以通過(guò)計(jì)算像素點(diǎn)百分比來(lái)得到剪切面積百分比，并且該方式也便于在計(jì)算機(jī)上操作，提高工作效率，減少人為誤差。因此，最終式(2)可轉(zhuǎn)換為式(3)進(jìn)行求解，
W^ XlOO0Zo(3),
Pt
式中#為巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比，Pb為圖片中剪切部分像素點(diǎn)個(gè)數(shù)'Pt為圖片中巖體結(jié)構(gòu)面總像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。該步驟可以在Adobe Photoshop、MATLAB等圖像處理軟件中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，比如在Adobe Photoshop CS3 (中文版)軟件中，可以在直方圖信息窗口中計(jì)算出巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比r。(7)巖體結(jié)構(gòu)面的實(shí)際面積S :
根據(jù)拍照時(shí)采用的刻度尺作為參照物，可以得出圖片中巖體結(jié)構(gòu)面尺寸比例尺C，如果圖片中巖體結(jié)構(gòu)面的長(zhǎng)寬分別為a和&那么實(shí)際中巖體結(jié)構(gòu)面的長(zhǎng)寬應(yīng)為和B=bXC,所以巖體結(jié)構(gòu)面的實(shí)際面積為，
權(quán)利要求
1.一種巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法，其特征在于采用包括以下步驟的方法 (1)采集照片直剪試驗(yàn)后的巖體結(jié)構(gòu)面照片采集，數(shù)碼相機(jī)應(yīng)進(jìn)行垂直拍攝，采用近景攝影模式，像素> 1200萬(wàn)； (2)裁剪與填充對(duì)采集的巖體結(jié)構(gòu)面彩色圖片進(jìn)行裁剪與填充，要求填充的顏色深于剪切部分的顏色； (3)轉(zhuǎn)換為灰階圖片將裁減與填充后的巖體結(jié)構(gòu)面彩色圖片轉(zhuǎn)換為灰階圖片； (4)根據(jù)得到的巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片，選擇灰度閥值； (5)轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片基于選擇的灰度閥值，將巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片； (6)計(jì)算白色部分占整個(gè)圖片的面積百分比，即巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分·比； (7)根據(jù)拍照時(shí)采用的刻度尺作為參照物，計(jì)算出巖體結(jié)構(gòu)面實(shí)際的總面積； (8)求出巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的剪切面積； 經(jīng)過(guò)上述步驟，完成對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法，其特征是在將巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片過(guò)程中，經(jīng)灰度閥值處理后的巖體結(jié)構(gòu)面圖像滿足， ,x Ji iuW(^y)>T 8X,y "|o 如果/(u)<T, 式中'T為灰度閥值％ 為圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)\f (X，y)為灰階圖片中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值函數(shù)為灰階圖片轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值函數(shù)； 標(biāo)注為I的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)剪切點(diǎn)，顏色設(shè)置為白色，標(biāo)注為0的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)非剪切點(diǎn)，表現(xiàn)為黑色。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法，其特征在于所述巖體結(jié)構(gòu)面為灰黑色、灰褐色、灰色的灰?guī)r，其灰度閥值^為110-160。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法，其特征在于對(duì)于其它巖性和顏色的巖體結(jié)構(gòu)面，其灰度閥值r均根據(jù)觀測(cè)規(guī)律獲得；所述其它巖性的巖體結(jié)構(gòu)面是指花崗巖、砂巖、頁(yè)巖或大理巖等巖體結(jié)構(gòu)面，所述其它顏色的巖體結(jié)構(gòu)面是指白色、灰白色或黑色等巖體結(jié)構(gòu)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法，其特征是按照下述公式計(jì)算剪切部分占整個(gè)圖片的百分比，即巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比 5. XI oo% A ， 式中#為巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比，Pb為圖片中剪切部分像素點(diǎn)個(gè)數(shù)'Pt為圖片中巖體結(jié)構(gòu)面總像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法，其特征是按照下述公式計(jì)算巖體結(jié)構(gòu)面的實(shí)際面積S = Ax.B=a.xhxC2 , 式中A為巖體結(jié)構(gòu)面的實(shí)際面積，C為巖體結(jié)構(gòu)面尺寸比例尺，a和6分別為圖片中巖體結(jié)構(gòu)面的長(zhǎng)寬d和A分別為實(shí)際中巖體結(jié)構(gòu)面的長(zhǎng)寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、5和6所述的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法，其特征是按照下述公式求出巖體結(jié)構(gòu)的剪切面積P T = 面直剪試驗(yàn) 式中^為巖體結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)的剪切面積，^為巖體結(jié)構(gòu)面的實(shí)際面積#為巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法，其特征在于對(duì)于顏色較淺的巖樣，在巖體結(jié)構(gòu)面可以分離的前提下，進(jìn)行直剪試驗(yàn)前，采用表面涂抹黑色墨水的方法進(jìn)行改進(jìn)，然后再進(jìn)行步驟(I) - (8)，同樣得到巖體結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)的剪切面積。
全文摘要
本發(fā)明提供的巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中剪切面積的測(cè)量方法，其步驟包括采集照片；裁剪與填充；轉(zhuǎn)換為灰階圖片；根據(jù)得到的巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片，選擇灰度閥值；基于選擇的灰度閥值，將巖體結(jié)構(gòu)面灰階圖片轉(zhuǎn)換為黑白二值圖片；計(jì)算白色部分占整個(gè)圖片的面積百分比，即巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)剪切面積百分比；根據(jù)拍照時(shí)采用的刻度尺作為參照物，計(jì)算出巖體結(jié)構(gòu)面實(shí)際的總面積；求出巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的剪切面積。本發(fā)明可以解決目前常規(guī)測(cè)量方法操作復(fù)雜、步驟繁瑣、工作效率低、人為誤差大等缺陷，并且由于操作簡(jiǎn)單，對(duì)減輕地質(zhì)工作者的工作負(fù)擔(dān)，提高測(cè)量精度與工作效率，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義；同時(shí)由于成本較低，易于推廣。
文檔編號(hào)G01B11/28GK102749046SQ201210255330
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者唐輝明, 孫淼軍, 范怡靜, 葛云峰 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)