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基于Otsu图像处理的岩石细观模型重构及数值试验
  • ISSN号:1000-7598
  • 期刊名称:《岩土力学》
  • 时间:0
  • 分类:TD315[矿业工程—矿井建设]
  • 作者机构:[1]山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590, [2]山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛266590, [3]黑龙江科技大学黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室,黑龙江哈尔滨150027
  • 相关基金:国家自然科学基金(No.51274133,No.51474136); 黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室开放基金项目(No.F2313-09); 山东省自然科学基金重点项目(No.ZR2012EEZ002)
中文摘要:

基于大津法(Otsu)多阈值分割方法,利用数字图像处理技术获取了花岗岩细观结构的表征图像,并结合颗粒流程序,重构了反映岩石非均质结构特征的细观模型。通过单轴压缩试验,分析了花岗岩的失稳破坏过程,并研究了细观结构强度对宏观强度及破坏形态的影响。研究发现:花岗岩试件失稳破坏过程中存在4种裂纹形式,加载初期首先产生界面裂纹,其次是云母裂纹,长石和石英在应力接近极限强度时才破坏;当增大胶结界面或矿物强度时,花岗岩的抗压强度随之增加,但增加梯度逐渐减小;胶结界面或3种矿物细观强度的增大会使该结构处裂纹数量减小,而增加其他结构处的裂纹分布;相对于中等强度的长石和高强度的石英,低强度的胶结界面和云母矿物对花岗岩宏观强度和破坏形态的影响较大,是关键细观结构。将Otsu图像处理技术与颗粒流程序相结合,建立反映岩石真实结构的细观模型,为研究岩石非均质性对宏观力学特性的影响提供了一种有效手段。

英文摘要:

Based on the multi-threshold Otsu method, the characteristic image of granite microstructures is obtained by using the digital image processing method, and a mesoscopic model, which can reflect the actual heterogeneous structural properties, is reconstructed using Particle Flow Code. With conducting the uniaxial compressing tests based on the propoed model, the failure process and the effect of mesostructured (interface, mica, feldspar and quartz) on failure strength are analyzed. The results show that there are four types of cracks in the failure process of the granite. In the initial loading stage, cracks generate in the interface, and then in mica; when stress is close to the peak value, the cracks begin to generate in feldspar and quartz. As the strength of interface or mineral increases, the compressive strength of the granite increases, while the gradient of growth decreases. The increase of the strength of interface or the minerals can lead to a reduction in the number of cracks corresponding to the interface or the minerals, which can increase cracks in other areas. Compared to the feldspar with moderate strength and th~ quartz with high strength, the interface and mica are the key mesostmctures that can significantly influence the granite compressive strength and failure modes. Combining Otsu digital image processing with PFC, a mesoscopic model of rocks is rebuilt, which provides an effective method for studying the mechanical properties of heterogeneous rocks.

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期刊信息
  • 《岩土力学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 主编:孔令伟
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:ytlx@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87198484 87199252
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-7598
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1199/O3
  • 邮发代号:38-383
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,美国《工程索引》EI收录期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:56873