[发明专利]一种土体微观结构三维重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维重建方法，尤其是涉及一种土体微观结构三维重建方法。

背景技术

目前，国内外对土体微观结构的三维重建方法，主要有以下几种：第一、由两幅或者多幅两维图像恢复土体的三维几何形貌；第二、研究土体的二维几何参数及其分布规律，再运用随机模拟的方法，建立三维的微观土体模型；第三、运用CT技术重建土体的微观结构。实际使用时，上述第一种方法只能恢复土体表面的三维形态，不能建立土体内部结构的三维模型；第二种三维重建方法只是通过计算机随机模拟颗粒、孔隙的空间分布，无法还原真实的土体微观结构情况；第三种三维重建方法所需费用高，并且现有的CT技术无法对微米级的土体颗粒结构进行三维重建，CT的扫描精度与扫描电镜的扫描精度相比还存在不小差距。综上，上述现有土体微观结构的三维重建方法均不同程度地存在所需费用高、使用效果较差、所建土体三维微观模型的分辨率低、不能真实还原土体内部微观结构等缺陷和不足。因而，对于土体的微观结构研究，需要一种分辨率高、能够真实还原土体内部结构的三维重建技术，这对于土体结构性本构模型的建立、深化土体结构的认识均有很大的推动作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种土体微观结构三维重建方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便，使用效果好，所建立的土体三维空间模型能真实还原土体内部结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种土体微观结构三维重建方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、土样获取：获取需进行三维重建的土样；所述土样为圆柱状土体试样；

步骤二、土样分层扫描：采用扫描电镜，由上至下对步骤一中所述土样进行分层扫描；所述土样由上至下分为多个扫描面，多个所述扫描面均为水平面且其均与所述土样的中心轴线呈垂直布设，上下相邻两个所述扫描面之间均为一个打磨层，且多个所述扫描面的扫描方法均相同，多个所述扫描面中位于最上部的扫描面为顶部扫描面；所述土样的分层扫描过程如下：

步骤201、顶部扫描面扫描，包括以下步骤：

步骤2011、顶部扫描面获取：对步骤一中所述土样的顶端进行切割、磨平和抛光处理，获得所述顶部扫描面；

步骤2012、电镜扫描：采用扫描电镜且分多个区域，对步骤2011中所述顶部扫描面进行扫描，获得所述顶部扫描面的多幅电镜扫描图像；

步骤2013、扫描图像拼接：将步骤2012中多幅所述电镜扫描图像均传送至数据处理设备，并采用所述数据处理设备对多幅所述电镜扫描图像进行拼接，获得所述顶部扫描面的整幅电镜扫描图像；

步骤202、下一个扫描面扫描，包括以下步骤：

步骤2021、下一个扫描面获取：上一个扫描面电镜扫描完成后，由上至下对所述土样进行打磨，并对打磨完成后的打磨面进行磨平和抛光处理，获得下一个扫描面；

步骤2022、电镜扫描：采用扫描电镜且分多个区域，对步骤2021中所获得的扫描面进行扫描，获得该扫描面的多幅电镜扫描图像；

步骤2023、扫描图像拼接：将步骤2022中多幅所述电镜扫描图像均传送至数据处理设备，并采用所述数据处理设备对多幅所述电镜扫描图像进行拼接，获得步骤2021中所述扫描面的整幅电镜扫描图像；

步骤203、多次重复步骤步骤202，直至完成步骤一中所述土样的所有扫描面的扫描过程；

本步骤中，土样分层扫描完成后，获得多幅整幅电镜扫描图像；多幅所述整幅电镜扫描图像分别为多个所述扫描面的电镜扫描图像，且多幅所述整幅电镜扫描图像分别与多个所述扫描面一一对应；

步骤三、电镜扫描图像排序：采用所述数据处理设备，且按照步骤二中进行土样分层扫描时的扫描先后顺序，对步骤二中所获得多个所述扫描面的整幅电镜扫描图像进行排序；

步骤四、图像定位：采用所述数据处理设备，并结合所述土样中多个扫描面的布设位置，对步骤三中排序后的多幅所述整幅电镜扫描图像的位置进行确定；

步骤五、三维重构：步骤四中图像定位完成后，采用所述数据处理设备且调用三维重建模块，对多幅所述整幅电镜扫描图像进行处理，获得步骤一中所述土样的三维空间模型。

上述一种土体微观结构三维重建方法，其特征是：步骤一中进行土样获取时，先采用圆柱状取土器从待测区域切取土样，待所切取土样干燥后，采用环氧树脂混合液对所切取土样进行固化处理；所述环氧树脂混合液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰(130～170)︰(6～8)︰(1.8～2.2)的体积比均匀混合而成。