[发明专利]一种含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法

权利要求书

1.一种含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法，其特征在于：所述含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法包括以下步骤：

1)在室内，利用含气土制样方法制备含大气泡土圆柱型样品；

2)通过高精度CT扫描仪，采集步骤1)制备得到的含大气泡土圆柱型样品的三维空间数据；

3)将步骤2)获取得到的三维空间数据导入专业CT图像处理软件中进行三维重构；

4)截取三维重构中的典型代表性部分作为研究样本；

5)针对研究样本，选取等间距的N个水平截面作为水平切片样本，所述水平切片样本将研究样本从上至下均分成N+1层；

6)以含大气泡土圆柱型样品的中轴为圆心，按固定角度β为单位，将每个水平切片样本分为Z个等面积扇区；所述Z＝360/β；

7)将各个等面积扇区中气泡截面面积总和与相应所属扇区的面积之比定义为气泡截面积比η，计算得出各个等面积扇区内的气泡截面积比η_i；

8)以含大气泡土圆柱型样品的中轴为圆心，按固定角度β为单位，沿研究样本的轴向切取M个竖直截面作为竖直切片样本，所述M＝180/β，将各个竖直切片样本中气泡截面面积总和与相应所属竖直切片样本的面积之比定义为竖直切片样本中的气泡截面积比，计算并得出各个竖直切片样本中的气泡截面积比η_j；

9)分别提取研究样本中所有气泡的等效直径以及气泡几何体心坐标信息；

10)分别计算水平切片样本以及竖直切片样本的气泡截面比的变异系数、研究样本中总体气泡的体心与样本体心的偏差率以及研究样本中气泡间距均匀度；基于统计原理，采用基于总体气泡体心偏差率的分布均匀性评价方法或基于气泡截面积比的分布均匀性评价方法或基于气泡间距均匀度的分布均匀性评价方法，综合评定含气土样中气泡空间位置分布的均匀性。

2.根据权利要求1所述的含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法，其特征在于：所述步骤10)中，采用基于总体气泡体心偏差率的分布均匀性评价方法综合评定含气土样中气泡空间位置分布的均匀性的具体实现方式是：

总体气泡体心与研究样本体心的偏差计算公式如下：

式中：

N是土样中气泡的总个数；

x，y，z分别是总体气泡几何体心的空间坐标；

x_i，y_i，z_i分别是截面上第i个气泡几何体心的坐标；

V_i是第i个气泡的体积；

X，Y，Z分别是研究样本整体的几何体心空间坐标；

s是总体气泡的几何体心与土样几何体心距离的偏差；

把距离偏差转换为无量纲的偏差率r：

r＝s/R

式中：

r是总体气泡几何体心与土样几何体心距离的偏差率；

R是研究样本上所有点中到其几何中心的最大距离；

若偏差率r很小，则总体气泡的体心与土样体心基本重合，判定气泡在土样的内部空间中是分布均匀的。

3.根据权利要求1所述的含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法，其特征在于：所述步骤10)中，采用基于气泡截面积比的分布均匀性评价方法综合评定含气土样中气泡空间位置分布的均匀性的具体实现方式是：

变异系数是反映随机变量变异程度的统计量，通过计算各水平切片样本各扇形区域内气泡截面积比和竖直切片样本各截面的气泡截面积比的变异系数来评价气泡在土样中分布的均匀性，计算公式如下：

δ＝θ/μ

式中：

δ是变异系数；

η_i是第i个扇形区域或竖直截面内气泡的截面积比；

μ是气泡截面积比的平均值；

θ是气泡截面积比的标准差；

若变异系数δ较小，则各截面内气泡的截面积比大小基本相同，说明气泡在各截面内分布均匀。