[发明专利]土体三维孔隙率计算方法

权利要求书

1.土体三维孔隙率计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

制备土样；

利用扫描电镜获取土样断面的图像；

设置二值化阈值序列，通过所述二值化阈值序列中的二值化阈值分别对所述图像进行二值化处理，并获取二值化处理后图像中的灰度面积；

根据所述二值化阈值以及所述二值化阈值对应的灰度面积拟合灰度面积随二值化阈值变化的曲线具体为：

建立以二值化阈值为横坐标、以灰度面积为纵坐标的坐标系，并在阈值为0-255的范围内分别绘制出灰度面积对应的数值，获得曲线：

以数值点为基础获得所述曲线的三段斜率不同的线性关系：

S₀＝a_iT+b_i (7)

其中S₀为区间内像素点的灰度面积，T为阈值，a_i和b_i为三个区间的关系参数；

当阈值小于某一数值时，该曲线不符合式(7)的线性关系，舍去小于该数值的部分；

对所述灰度面积随二值化阈值变化的曲线方程进行积分，获得所述图像中土体表面微观结构的孔隙体积；

获取所述图像中土体表面颗粒与孔隙整体体积；

通过获得的所述孔隙体积以及所述土体表面颗粒与孔隙整体体积计算获得孔隙率。

2.如权利要求1所述的土体三维孔隙率计算方法，其特征在于，所述对所述灰度面积随二值化阈值变化的曲线方程进行积分，获得所述图像中土体表面微观结构的孔隙体积包括：

在0-255的阈值范围内对所述灰度面积随二值化阈值变化的曲线方程进行积分，计算关系式为

其中，V_e为所述孔隙体积，T为阈值，S(T)为 某确定阈值下得到的所述灰度面积。

3.如权利要求2所述的土体三维孔隙率计算方法，其特征在于，所述获取所述图像中土体表面颗粒与孔隙整体体积包括：

当阈值为255时，计算所述土体表面颗粒与孔隙整体体积，计算关系式为

V＝255×S(255) (2)

其中，V为所述土体表面颗粒与孔隙整体体积，S(255)为阈值为255时得到的所述灰度面积。

4.如权利要求3所述的土体三维孔隙率计算方法，其特征在于，所述通过获得的所述孔隙体积以及所述土体表面颗粒与孔隙整体体积计算获得孔隙率包括：

通过获得的所述孔隙体积以及所述土体表面颗粒与孔隙整体体积的比值获得所述孔隙率，计算关系式为

其中，n为所述孔隙率。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的土体三维孔隙率计算方法，其特征在于；所述二值化阈值序列为梯度变化的二值化阈值序列，所述二值化阈值的变化梯度不大于10。

6.如权利要求5所述的土体三维孔隙率计算方法，其特征在于：所述二值化阈值的变化梯度为5或10。

7.如权利要求1所述的土体三维孔隙率计算方法，其特征在于，所述制备土样包括：

按照预设的土体孔隙率和压实度制备并获得原始土样；

切割所述原始土样，获得具有断面的多个半成土样；

分别清除所述半成土样断面上的浮动颗粒，获得多个成品土样。

8.如权利要求7所述的土体三维孔隙率计算方法，其特征在于，所述切割所述原始土样，获得具有断面的多个半成土样包括：

通过割土刀在所述原始土样中部切出沟槽；

沿所述沟槽手动掰断所述原始土样；

对所述断面进行打磨，获得所述半成土样。

9.如权利要求7或8所述的土体三维孔隙率计算方法，其特征在于，所述分别清除所述半成土样断面上的浮动颗粒包括：

利用胶带粘除所述半成土样断面上的浮动颗粒。

10.如权利要求7所述的土体三维孔隙率计算方法，其特征在于，所述分别清除所述半成土样断面上的浮动颗粒，获得多个成品土样之后还包括：

对所述成品土样进行干燥处理。