[发明专利]土体三维孔隙率计算方法

说明书

本发明提供了一种土体三维孔隙率计算方法，属于室内土体孔隙率的测试领域，包括制备土样；利用扫描电镜获取土样断面的图像；设置二值化阈值序列，通过二值化阈值序列中的二值化阈值分别对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；根据二值化阈值以及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；对灰度面积随二值化阈值变化的曲线方程进行积分，获得图像中土体表面微观结构的孔隙体积；获取图像中土体表面颗粒与孔隙整体体积；计算获得孔隙率。本发明提供的土体三维孔隙率计算方法的误差能够限定在合理的误差范围之内，测算结果精确度高，且测算过程简单，有利于提高测算效率。

技术领域

本发明属于室内土体孔隙率的测试技术领域，更具体地说，是涉及一种土体三维孔隙率计算方法。

背景技术

土体是一种多相介质，具有孔隙、土骨架、土颗粒以及水分等复杂结构特征。在解释土体宏观特性方面，从土体微观结构研究土体的宏观性质是一种科学有效的手段。土体的孔隙大小及其分布是导致土体变形的主要原因之一，如地基沉降、边坡失稳等都与土体孔隙结构发生变化或孔隙与水等其他介质相互作用有关，因此观察土体的孔隙分布特征就显得尤为重要。

目前，对于研究土体孔隙的变化多是通过土的常规固结试验进行的，从微观结构观察孔隙的变化的方法研究尚不成熟。对于土体孔隙的微观观察采用的方式大多为某一确定阈值的方法。这种方法多是通过某一阈值下，通过扫描图像得到的计算孔隙率与常规室内试验标定的孔隙率一致时，确定观察土体断面图像的阈值，从而进一步研究在这一阈值下该图像呈现出的土体微观孔隙的分布。此方法首先在试验步骤上过于繁多冗杂，效率不高；其次对于在不方便确定室内试验标定时，不能精确地定量反映土体微观孔隙的数量多少和分布情况，存在阈值变化引起的观测系统误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土体三维孔隙率计算方法，以解决现有技术中存在的土体孔隙的微观观察方法操作复杂，且精确度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种土体三维孔隙率计算方法，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；

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。

进一步地，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)某确定阈值下得到的所述灰度面积。

进一步地，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。