[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

说明书

一种基于数字图像处理的破碎岩体建模及渗流试验方法，涉及岩体力学技术领域。步骤包括：破碎岩体取样并分层取像；分析图像得到RGB颜色分量的直方图；分析直方图确定主要特征；当灰度值差别小时，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，采用阀值分隔，确定主要特征；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；采用最大粒径和最小粒径确定图像的分层获取范围，并确定数据插值范围，获取对应的实际物理性质范围；建立破碎岩体数值分析模型。该方法精确的再现空间破碎岩体结构，解决了岩石堆积离散性大不能重复试验的问题。

技术领域

本发明涉及岩体力学技术领域，尤其是一种基于数字图像处理的破碎岩体建模及渗流试验的方法。

背景技术

破碎岩体对地下水渗流的影响较大，但是破碎岩体结构的渗流行为异常复杂，破碎岩体渗流机制与定量描述一直是岩土、矿业、地质、石油及天然气工程高度关注的难点问题。破碎岩体特性千差万别，在数值模拟中很难直观的表征破碎岩体的空间结构。破碎岩体中岩石各组分的强度不同使得破碎岩体的力学性质和渗流特性具有产生较大差别，只有准确的描述破碎岩体的结构特性才能更客观的反映岩石应力-渗流耦合特征。

数字图像处理技术作为一种材料细观尺度上的空间结构精确测量和数字表述手段，已经广泛应用于岩土、混凝土的细观结构定量分析中。数字图像技术通过将数码设备获得的图形信息进行分类提取，通过归一化处理转化成0-1之间的数值，再根据相应的物理参数实测信息，对物理参数进行还原。该技术现阶段的主要应用包括岩石裂隙宽度非接触测量和数字表述岩体非均匀性等。

发明内容

为了准确描述破碎岩体的空间结构，方便破碎岩体流固耦合问题的研究，本发明提供了一种基于数字图像处理的破碎岩体建模及渗流试验方法，具体技术方案如下。

一种基于数字图像处理的破碎岩体建模方法，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。

优选的是，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。

还优选的是，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。

还优选的是，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。