数字图像测量技术在土石围堰动态施工中的应用研究

土石围堰是关系到水利枢纽工程建设全局的重要临时性工程项目,一旦出现问题,后果十分严重。针对传统的测量仪器法和GPS法进行围堰动态监测主要有效率低、工作量大、成本高等缺点。提出运用数字图像测量技术,有效解决多点测量的问题,实现实时跟踪监测变形,已成功应用于海堤建设项目围堰边坡的动态位移监测,实现堰坡位移安全监测与预警等功能。

三轴试样变形数字图像测量误差和精度分析

计算机数字图像识别技术为三轴试验土样变形测量提供了一种简单并且有效的测量方法 ,它不仅可以克服常规测试方法存在的诸多缺陷 ,而且具有相对较高的测试精度 .比较详细地分析了土样变形数字图像测量系统的各种可能误差源 ,讨论了各种误差的影响并提出相应的消除和减小误差的办法 .实际测试检定表明 ,数字图像测量系统在三轴试样变形测量中的应变测量精度为 1 0 - 4 ,高于常规测量方法的测试精度 ,能够满足土样变形高精度测量的要求 .

数字图像测量技术在土工三轴试验中的应用

将数字图像测量技术应用于常规土工三轴试验,解决了常规土工三轴试验传统变形测量中的一系列难题。自主研发了三轴图像测量系统,发展历程可概括为3个阶段:(1)基于边缘识别的三轴试样变形图像测量,通过跟踪边缘位置的变化确定土样的径向变形,识别橡皮膜上的白色标志线确定土样的轴向变形;(2)基于角点识别的三轴试样变形图像测量,用方形标志块将橡皮膜表面离散成若干单元,测量跟踪单元每一角点(节点)的位置,可得任意时刻的土样表面节点的位移,应用有限元技术,可以得到土样表面的位移(变形)场和应变场;(3)三轴土样变形全表面数字图像测量,以基于角点识别的前表面三轴试样变形测量为基础,增设一组平面镜,用一台摄像机实现了圆柱体土样360度全表面的变形测量,得到每一时刻的表面变形场和应变场。三轴土样变形数字图像测量系统具有传统测量方法无可比拟的优点,对于推动土力学,特别是土的本构关系研究具有重要价值。

沥青结构层芯样分层变形的数字图像测量方法

为有效评价芯样的分层变形和力学特性,将计算机图像识别应用于常规的沥青混合料单轴压缩蠕变试验,实现了沥青结构层钻芯取样分层变形的非接触测量和变形过程的拍摄、自动测量和自动记录,为沥青混合料蠕变试验提供了一种简洁、有效的测量手段。文中分析了测量精度和测量误差,讨论了端部约束对芯样不均匀变形的影响,给出了芯样采用常规测量方法和数字图像测量结果的比较。3层芯样单轴压缩蠕变试验中,以中面层的变形最大;加载历史的不同会导致材料细观结构的改变并引起力学性能的变化,高度压密芯样与路肩处芯样的变形规律不同,尤其在蠕变破坏阶段。

基于数字图像测量系统的砂砾土试样膜嵌入问题研究

利用数字图形测量系统可以定量研究膜嵌入问题。数字图像测量系统可以经过非接触测量方式精确得到试样的体积变化及排水管的体积变化,排水管的体积变化包括试样的体积变化和膜嵌入引起的体积变化。通过对多种砂砾试验材料在不同围压下的等向固结试验,利用平面变形假定,用排水管的体积变化减去试验固结的体积变化之后得到的就是膜嵌入量。根据试验得出的结果,分析了在一定粒径范围内膜嵌入量与其主要影响因素σ3,d50之间的关系,改进了膜嵌入量的计算公式;提出了对于含有细颗粒较多的级配砂用d50进行分析不太合理,还应考虑颗粒级配的不均匀系数的影响,或用其他特征粒径的建议。

基于数字图像测量系统的饱和细砂渐进破坏特性研究

基于亚像素角点检测的数字图像测量系统能够记录三轴试样表面方块角点的位移,从而获得试样表面每一时刻的局部应变及应变场。分析了试样不同位置的局部径向应变在剪切过程中的变化,获得了以不同初始成样含水率制备的松砂和密砂试样在不同特征时刻的应力与应变的特征值。通过轴向应变场的变化分析了从应变局部化出现到剪切带发育、形成的这一完整的渐进破坏过程,总结了剪切带形成时的局部最大轴向应变特征值,并定性地分析了剪切带内、外土体在渐进破坏过程中不同的轴向应变增长率。试验结果表明:在应变场中试样应变局部化明显,并可以依此确定应变局部化的出现、剪切带的形成;对于密砂及初始含水率为0%制备的松砂试样,应力在应变局部化出现之初即达到峰值,剪切带形成时应力已经开始下降,进入应变软化阶段;以初始含水率为6%和12%制备的松砂试样在达到应力峰值时剪切带已经形成;剪切带内土体的局部轴向应变增长幅度比剪切带外的土体大得多。试样整体轴向应变的增大主要是由剪切带内土体剪切破坏产生的较大轴向应变所致。

基于数字图像测量技术的基坑开挖卸荷试验研究

以原状粉质黏土为试验土体,采用三轴数字图像测量技术为基础的测试仪器,对基坑开挖卸荷过程的土体应力路径进行模拟,研究不同应力路径条件下的土体应力-应变关系,分析侧向卸荷对基坑土体抗剪强度指标的影响.试验结果表明,经历侧向卸荷应力路径的土体抗剪强度指标与常规三轴加载试验明显不同.数值计算验证了不同应力路径的试验结果对基坑稳定与变形的影响.为了准确地分析基坑的稳定与变形情况,有必要在试验时尽可能模拟基坑的侧向卸荷应力路径.

基于数字图像测量技术的砂土剪切带分析

在进行土工试验时,土样端部摩擦效应和初始缺陷都可以引起试样的不均匀变形,进而形成宏观的剪切带。基于数字图像测量技术改进了GDS多功能三轴仪,进行砂土的固结排水三轴试验,获得了试样在不同时刻的应变等值线云图和局部应力-应变全曲线,研究了试样端部的摩擦效应。结果表明,端部摩擦显著地影响试样的力学特性,对径向应变的影响可达10%。通过在砂土试样中放置粉质黏土块的方法获得了宏观不均匀土样,并测试其剪切带的形成过程。测试结果表明,试样在两种材料的界面处形成不连续刚度,引起变形的不均匀发展,进而形成宏观的剪切带而破坏。

基于数字图像测量技术的砂土应力路径试验研究

基于数字图像测量技术改进GDS多功能静三轴仪,研究不同应力路径条件下,中级砂的破坏过程和剪切带形式。进行了等压固结和偏压固结共13个排水压缩应力路径试验,得到三轴试样压缩过程不同时刻的试样变形状态、径向应变和轴向应变场,可表征试样渐进破坏过程。结果表明,不同应力路径条件下的试样破坏过程和形式与应力路径密切相关;同一路径,通过增加孔压和减小总应力两种不同方式实现,其结果也有差异。最终破坏形式可分为均匀鼓胀、单一剪切带和交叉剪切带3种形式。固结的应力比越高,有效应力比峰值越低,并且峰值后有效应力比的值下降越大。试样破坏形式在有效应力比峰值之前已经初步确定,宏观稳定是在峰值之后。

基于数字图像测量的Duncan-Chang模型参数研究

利用三轴土样变形数字图像测量系统进行研究，发现不同测量方式得出的Duncan—Chang模型参数的差别很大。分析得出，数字图像局部变形非接触式测量与传统整体测量方式是导致模型参数存在差异的主要原冈。数值算例说明了模型参数差别对位移计算结果的影响程度，变形数字图像测量得到的模型参数K和Kb比传统测量的结果高2～3倍，相应的位移计算结果是传统测量方法模型参数计算得到结果的一半。

基于数字图像测量技术的加筋土三轴试验研究

通过加筋土固结排水三轴试验,结合三轴试验土样变形数字图像测量系统,研究加筋中砂试样在三轴试验条件下的变形场。加筋材料采用玻璃纤维土工格栅,分别在4种不同布筋位置、3种不同围压下共进行45组试验。试验结果表明:在应变达到一定程度的情况下,土工格栅对中砂的强度和抵抗变形的能力的增强效果随布筋层数的增加而增大,单独布一层筋的加筋土的三轴试验中,围压越大加筋效果越明显,三层加筋的加筋土三轴试验中情况则相反;土工格栅对中砂的横向变形有很大的约束作用,这一约束作用随着围压的增大而增大,且随着围压从100kPa增大到300kPa的过程中水平约束作用增加28%～50%。

柴油机喷雾场数字图像测量的误差分析

分析了柴油机喷雾场光学测量中关键参数的基本要求和取值范围与测量系统的主要误差来源及计算公式。分析认为CCD光电转换特性、像素当量值的舍入、照明光线的变化等引起的随机误差影响较小,并可采取多次采样取平均值的方法进一步减小其影响;实验台振动导致的摄像镜头在平行于焦平面上的微量偏移引入的测量误差很小,而摄像镜头在光轴方向上的偏移,即物距的变化将带来较大误差,应尽量避免;图像畸变引起的误差对测量系统的精度影响很大,采用定标校准的方法能对该项误差进行有效的修正。

基于数码相机的土三轴试样变形的数字图像测量

将数码相机用于土三轴试样变形的图像采集,提出了一种基于数码相机的土三轴试样变形的数字图像测量方法.通过与常规土三轴试验测量结果对比,说明了该方法的可行性和优越性,它不仅可以克服常规三轴试验方法中存在的诸多缺陷,而且具有较高的测量精度,是一种简单、有效且有广阔发展前景的测量方法.

运动目标高速实时数字图像测量系统

基于电影经纬仪的运动目标数字图像测量系统由CCD传感器、图像采集和处理等分系统组成,采用数字图像采集及处理技术对高速运动目标跟踪测量。CCD传感器采集的图像信号经数字信号处理器(DSP)实时处理,通过SCSI协议记录到高速SCSI设备上。经过图像均衡、滤波、平滑、伪彩等多种图像处理和亚像素定位和目标跟踪识别,可获得精确的测量结果数据。

基于数字图像测量的三轴土样变形测量方法综述

针对在常规三轴试验中由于实验仪器和计算方法的限制无法实现土样变形准确测定的问题,将数字图像处理技术运用于土样三轴试验中,通过非接触式测量为三轴土样变形提供了更为准确的测量手段,为促进数字图像测量技术在土工三轴试验中的发展与应用,很有必要对现存的基于数字图像测量的三轴试验方法进行总结和梳理。在广泛阅读国内外相关文献的基础上,对目前具有发展前景的、在三轴土样变形测量中得以应用的3种数字图像测量方法(基于数字图形处理的三轴试验、基于数字图像测量系统的三轴试验、基于新型数字图像测量的三轴试验)进行了系统性总结,详尽地阐述了各测量方法的测量原理和局限性;通过不同测量方法的对比分析,揭示了基于数字图像测量的三轴试验在未来的发展趋势,针对不同的图像测量方法,提出了不同的改良方法。

基于数字图像测量技术的黄土剪切变形研究

在三轴试验过程中,采用数字图像测量技术测量试样变形具有非接触和高精度的特点。通过分析三轴试验过程中采集到的试样剪切变形照片、径向及轴向应变场,可以发现:黄土试样在低围压时径向变形较大,且容易出现径向变形局部化;受试样帽的约束,试样的变形是不均匀的,试样中部的变形最大;密度越大,试样抵抗变形的能力越强;原状黄土在结构没有破坏之前能够承受较大的荷载,且变形较小,其结构完全被破坏后的最终变形量趋近于重塑黄土的变形量。

三轴数字图像测量技术在黄土力学特性研究中应用

常规三轴试验仪难以准确测定出土体径向变形和体积变形,因此将其应用于黄土等典型非饱和土研究时必须改进其量测系统.将数字图像测量方法应用于黄土变形研究中,通过非接触式测量不但可以避开端部约束对试样的影响,同时可以测量土样各个断面的径向变形;通过测定不同固结压力下试样的体积应变,在vε-lgp曲线上与曲率半径最小的点相对应的围压值确定为土体的结构强度;通过计算试样剪切过程中实时的截面面积进而准确地反映出土体的应力-应变关系;通过对图像分析可以捕捉到土样在低含水量、低围压下出现的剪切带.将数字图像测量方法应用于黄土湿陷系数的测量,可以将不同应力条件下的湿陷轴向应变作为相对湿陷系数,将湿陷体积应变作为广义湿陷系数,结合结构强度与湿陷体积应变对黄土湿陷变形特性进行了很好的诠释.

基于数字图像测量系统的三轴试样变形研究

基于亚像素角点检测的图像测量技术能够记录试样表面方块角点每一时刻的位移,从而获得试样的表面应变场。将基于试样表面6行方块分别计算的应变与基于全部6行方块的整体平均计算得到的结果进行比较,显示中间4行方块区域的变形基本不受端部约束影响。还对采用试样上、中、下三个部分与整个试样的测量结果获得的应力与应变特性进行了对比分析。该方法能够测量任意时刻试样的轴向应变场,通过轴向应变场的变化可以准确地描述试样剪切带的产生、发展以及完全形成的全过程。

基于数字图像测量技术的粉状煤系土微观结构分形特性分析

以武深高速广东段沿线的粉状煤系土为研究对象,利用环境扫描电镜技术(ESEM)获得了不同含水率直剪试验后粉状煤系土剪切面的微观结构SEM图像;结合MATLAB及Image Pro Plus(IPP)软件,对剪切面微观结构特征进行了分析;基于分形理论,建立了煤系土的分形模型,求出了二维空间内煤系土孔隙轮廓分维数、孔隙数量~孔径分布分维数。结果表明:煤系土微观结构多为片状颗粒集合体,接触关系主要为面-面接触和面-边接触;随着含水率的增加,剪切面粗糙度先增加后减小,力学强度参数先增大后减小,转折点在最优含水率附近(10%~15%之间);煤系土微观结构具有明显的分形特征,可用孔隙等效面积-等效周长分形模型、孔隙数量~孔径分布分形模型描述,其分维数介于1~2。

数字图像测量技术在小麦三轴试验中的应用研究

将基于数字图像测量技术的三轴试验仪应用于测试粮食剪切强度及变形特性。选取河南小麦为研究对象,进行了围压25、50、75、100 k Pa下的三轴试验,并采用数字图像测量技术对试样剪切变形全过程进行监控。研究结果表明,基于数字图像测量技术的三轴试验可方便测试粮食剪切强度和变形特性。试验获得的小麦内摩擦角为25.13°。由小麦体变-应变曲线及变形图分析了剪切变形发展过程,试样先减缩然后发生剪胀现象,剪切破坏为鼓状破坏形式。研究结果表明,基于数字图像测量技术的三轴试验仪,适用于小麦剪切试验测试,能满足试验精度的需求,试验结果合理。