基于图像RGB信息测试湿度场技术的风积沙毛细水上升试验研究

毛细作用对诸多工程的变形与稳定有影响,传统方法难以精确监测毛细水上升过程的动态变化。首先研究了风积沙图像RGB(red(红)、green(绿)、blue(蓝))信息与含水率的关系,由此开发了一种利用图像RGB信息测试含水率并获取湿度场的方法与技术;基于此探究了风积沙毛细水上升过程中含水率的时空变化,提取了湿润锋轮廓,分析了湿润锋运移规律。结果表明,风积沙的归一化颜色特征值ξRnor与含水率θ间存在显著的线性负相关关系,用于预测风积沙含水率效果良好;研发的基于图像RGB信息测试湿度场的技术,具有cm级分辨率和较高精度,能直观展示风积沙柱毛细水上升过程中含水率的时空变化;对毛细水上升过程的图像采用改进的k-means聚类分割法进行分析,能精确识别和量化湿润锋的轮廓信息,比目测法更加准确可靠;在表面张力和惯性力作用下,风积沙毛细水上升初期各高度处含水率存在明显的冲高现象,经历几次小幅波动后回落,稳定含水率相较峰值含水率降低约1.5%;毛细水上升高度与相对密实度Dr成正比,幂函数和双对数二次多项式均能较好拟合湿润锋上升过程。研究工作为毛细水上升试验测试提供了一种精确快捷的新途径。