[发明专利]一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法

说明书

本发明涉及一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法，通过摄取块石数字图像，采用图像识别的方式得到块石轮廓数据点，接着将块石点数据重心重置到坐标原点(0，0)，利用Savitzky‑Golay卷积平滑块石轮廓点数据集P_s(x，y)，将原始轮廓点数据集P₁(x，y)和平滑后的点数据集P_s(x，y)转化为极坐标数据格式，并进行线性插值、差值运算、傅里叶级数展式拟合等手段，获取能够反映块石表面真实粗糙度的数字化界面模型f(x，y)，最终求取块石界面的粗糙度值JRC。该方法能够高效且可重复性的将不规则的块石轮廓进行数字化，具有可重复性、高效、便捷等特点，且科学可信度高的优点，可在岩土工程中广泛应用。

技术领域

本发明涉及岩土工程中界面粗糙度的确定和应用技术领域，具体为一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法。

背景技术

岩土工程涉及范围非常广泛，包括采矿、水利水电、工民建等地上和地下工程。在某些工程中，广泛存在土石混合物，例如尾矿库、边坡、土石坝、建筑工程中的碎石土地基等。这些所提及的工程，土石混合物的力学特性往往是控制其稳定性和安全性的关键因素。而土石混合物的力学特性除与基质土和块石的含量、形态等因素相关，还与土石间的力学特性相关。土石间的力学特性主要取决于土石界面间摩擦力、胶结力等。而摩擦特性又取决于块石界面的粗糙程度。因此，土石界面即块石的粗糙程度对土石混合物的力学特性有着重要的影响，在对边坡、尾矿库等稳定性和安全性评估中是不可忽略的因素。

土石混合物中块石粗糙度的获取与岩体结构面粗糙度的获取是有很大不同的，如专利“工程岩体结构面粗糙度系数尺寸效应取值方法”([中国发明,中国发明授权]CN201710457541.0)中岩体结构面粗糙度的获取是根据结构面的露头，直接测定外露部分结构面的起伏程度，从而获得结构面粗糙度。而块石的形状通常并非接近平行，基本成椭圆或其他不规则形状，其轮廓包含了形状和起伏度两个信息，因此并不能直接获得块石表面的粗糙程度。

目前，土石混合物中块石的粗糙度的研究成果较少，且多数土石混合物模型中为考虑网格划分和计算效率等因素将块石轮廓进行平滑或简化处理，这些都将影响整体试件的力学特性。如何获取块石的粗糙度，评估土石界面的力学特性，是土石混合体研究中不可避免的一个关键问题，是构建土石混合体精细化模型的基础。针对上述问题，需要探索出一种可重复性操作、便捷、高效的获得块石粗糙度的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法，具备高效、便捷的求取块石界面粗糙度JRC值等优点，解决了如今土石混合物力学特性研究中，块石界面粗糙程度量化值JRC得求取问题。

为实现上述目的，本发明一种基于块石轮廓确定块石界面粗糙度的方法，包括以下步骤获得：

1)块石数字图像摄取，并进行灰度化处理，得到图像灰度值f_G(x，y)；

灰度化计算采用公式：

f_G(x，y)＝0.299f₁(x，y)+0.587f₂(x，y)+0.114f₃(x，y)

所述式中f₁(x，y)、f₂(x，y)、f₃(x，y)依次表示图像中(x，y)坐标处R、G、B的色彩值，所述f_G(x，y)为图像中(x，y)坐标处灰度化后的灰度值。

2)采用边缘检测算法对块石数字图像轮廓进行识别，获取块石轮廓点数据集P₀(x，y)。

首先，采用Gauss平滑滤波器卷积对f_G(x，y)进行降噪处理，其中采用的离散化的二维Gauss核函数形式为：