[发明专利]岩体结构面直剪试验中剪切面积的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩体力学实验领域，具体涉及岩体结构面直剪试验中剪切面积的测量方法。

背景技术

岩体结构面直剪试验的目的是确定岩体不连续面的抗剪参数，为岩体稳定性分析与防治提供依据，是比较常规的岩石力学试验。岩体结构面的抗剪强度是岩质边坡稳定性分析及其防治设计中最重要的力学参数之一，多年来国内外学者一直高度关注其取值问题。目前测量抗剪强度参数的方法主要有四种，即：模拟试验、参数反演、经验估算方法和直剪试验。其中，直剪试验原理简单、操作容易、成本低廉且试验周期短，因而被广泛应用于实际工程与科研教学中。

在直剪试验操作过程中，剪切面积的测量至关重要，直接影响试验结果。对于岩体结构面剪切面积的测量，常规的方法主要是首先将透明的蜡纸置于剪切破坏后的岩体结构面上，然后用铅笔将结构面剪切部分的轮廓手绘于透明蜡纸上，再借助网格纸逐个地数出透明蜡纸上闭合轮廓线所占的格子数，最后汇总并计算岩体结构面剪切面积。

常规的岩体结构面直剪试验中剪切面积的测量方法主要存在以下缺陷：

（1）在描绘剪切部分面积的轮廓过程中，由于视觉角度和光线等原因，极易造成轮廓面积大于或小于实际剪切面积的误差；

（2）在方格统计过程中，由于每个方格的尺寸微小（1mm×1mm），长时间观测易产生视觉疲劳，出现漏数、多数的现象；

（3）在方格统计过程中，往往出现轮廓部分包含非整个方格的现象（如半个方格），通常的做法是采用四舍五入的方法，变成整数个，近似过程中引入了统计偏差；

（4）由于常规测量方法整个过程属于纯人工操作，工作效率较低，不适于大批量及处理中、大规模尺寸的岩体试验样本测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种岩体结构面直剪试验剪切面积的测量方法，该方法操作过程简单、便捷，并且测量准确。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案： 

本发明提供的岩体结构面直剪试验剪切面积的测量方法，包括以下步骤：

（1）直剪试验后的岩体结构面照片采集，数码相机应进行垂直拍摄，采用近景摄影模式，像素≥1200万；

（2）对采集的岩体结构面彩色图片裁剪与填充，要求填充的颜色深于剪切部分的颜色；

（3）将裁减与填充后的岩体结构面彩色图片转换为灰阶图片；

（4）根据得到的岩体结构面灰阶图片，选择灰度阀值；

（5）基于选择的灰度阀值T，将岩体结构面灰阶图片转换为黑白二值图片；

（6）计算白色部分占整个图片的面积百分比，即岩体结构面直剪试验剪切面积百分比；

（7）根据拍照时采用的刻度尺作为参照物，计算出岩体结构面实际的总面积；

（8）求出岩体结构面直剪试验的剪切面积S’；

经过上述步骤，完成对岩体结构面直剪试验中剪切面积的测量。

上述步骤（5）中，在将岩体结构面灰阶图片转换为黑白二值图片过程时，经灰度阀值处理后的岩体结构面图像满足，

，

式中：T为灰度阀值；x,y为图片中每个像素点的坐标；f(x,y)为灰阶图片中每个像素点对应的灰度值函数；g(x,y)为灰阶图片转换为黑白二值图片中每个像素点对应的灰度值函数；

标注为1的像素点对应剪切点，颜色设置为白色，标注为0的像素点对应非剪切点，表现为黑色；

所述岩体结构面为灰黑色、灰褐色、灰色的灰岩，其灰度阀值T可以为110-160。对于其它岩性和颜色的岩体结构面，灰度阀值T均可根据观测规律获得。所述其它岩性的岩体结构面是指花岗岩、砂岩、页岩或大理岩等岩体结构面，所述其它颜色的岩体结构面是指白色、灰白色或黑色等岩体结构面。

本发明可以按照下述公式计算剪切部分占整个图片的百分比，即岩体结构面直剪试验剪切面积百分比：

，

式中：W为岩体结构面直剪试验剪切面积百分比，P_b为图片中剪切部分像素点个数；P_t为图片中岩体结构面总像素点个数。

本发明可以按照下述公式计算岩体结构面的实际面积：

，