[发明专利]一种基于数字图像处理的破碎岩体建模及渗流试验方法

权利要求书

1.一种基于数字图像处理的破碎岩体建模方法，其特征在于，步骤包括：

步骤A.在断层破碎带取样，筛分破碎岩体，获取最大和最小粒径，在试验装置中对破碎岩体分层取像；

步骤B.分析图像得到RGB颜色分量的直方图，当像素点的灰度值分布存在明显峰值时进行步骤C，当像素点的灰度值分布不存在明显峰值时，进行步骤D；

步骤C.以两个峰值中心的峰谷为阀值进行分割，分析直方图确定主要特征；

步骤D.采用纯色对相同特征进行标注，增大特征对比度，进行块体和空隙分离，然后采用阀值分隔，通过数值方法确定主要特征；

步骤E.通过Matlab软件重绘RGB分量直方图，并嵌入Comsol软件中，建立数值分析模型，调用RGB特性对应的物理力学属性，建立三维数值分析模型；

步骤F.采用最大粒径和最小粒径确定图像的分层取样范围，并确定数据插值范围，获取对应的实际物理性质范围；

步骤G.建立破碎岩体数值分析模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字图像处理的破碎岩体建模方法，其特征在于，所述步骤D中，采用纯色对相同特征进行标注时，使图像中分布点数少的RGB各个分量灰度值均为200，对破碎岩体的实体部分重新绘制，破碎岩体之间的裂隙区域不做处理；采用阀值分隔时，RGB各个分量均具有明显的峰值。

3.根据权利要1所述的一种基于数字图像处理的破碎岩体建模方法，其特征在于，所述像素点的灰度值取值范围为0-255，对像素点的值进行归一化处理，除以最大的像素点灰度值，将灰度矩阵转化为数值介于0-1之间的归一化矩阵，表示为

式中n为图像高度方向上像素点数量，m为图像水平方向像素点数量。

4.根据权利要1所述的一种基于数字图像处理的破碎岩体建模方法，其特征在于，所述步骤F中图像的分层取样，具体是将多种形态破碎岩体通过插值与放样的方法反演为多棱棱柱体，保留破碎岩体的边界接触特性和取样表面的凹凸分布特性。

5.一种基于数字图像处理的破碎岩体渗流试验方法，利用权利要求1至4任一项所述的基于数字图像处理的破碎岩体建模方法，其特征在于，还包括：

步骤G.利用破碎岩体数值分析模型进行流固耦合分析。

6.根据权利要求5所述的一种基于数字图像处理的破碎岩体渗流试验方法，其特征在于，所述流固耦合分析中破碎岩体与空隙之间存在渗流差异性，破碎岩体之间的空隙主导渗流；

利用归一化矩阵确定空隙的总面积

其中在归一化矩阵中破碎岩体的灰度值f_i大于0.95，在Matlab软件中确定像素点总数为S，空隙的灰度值f_i小于0.95的像素点数量为S₁，图片的总面积为ω。

7.根据权利要求6所述的一种基于数字图像处理的破碎岩体渗流试验方法，其特征在于，所述流固耦合分析中忽略破碎岩体的渗透系数，则空隙的渗透性增加为K_K：

其中K₀为破碎岩体的平均渗透系数；

各个像素点的面积为d_A，各个像素点对应面积上的最大渗透系数为max(K),则有：

空隙中单位面积上的渗透系数表示为K_ij：

各个像素点处的弹性模量E表示为：

其中破碎岩体的弹性模量为E₀，空隙处的弹性模量为0。

8.根据权利要求7所述的一种基于数字图像处理的破碎岩体渗流试验方法，其特征在于，所述渗透系数K和弹性模量E采用最大粒径和最小粒径划分方法，破碎岩体数值分析模型中渗透系数K_max、K_min和弹性模量E_max、E_min表示为：

其中最大粒径值为l_max，最小粒径值为l_min，试验装置内腔的总高度为L，每幅图像中对应的渗透系数最大值点为max(K_i)，每幅图像中对应的弹性模量最大值点为max(E_i)。