[发明专利]一种基于离散元分析沥青混合料空隙结构的方法

说明书

本发明公开了一种基于离散元分析沥青混合料空隙结构的方法，包括：采用CT断层扫描仪对沥青混合料试件纵向扫描，得到H张沥青混合料CT图片；分别对H张沥青混合料CT图片进行处理，得到H张CT图片的空隙结构中每个像素点的X、Y值，分别保存至H个txt文件；将上述得到的每个像素点转化为离散元中的小球单元；将相互接触的小球单元团聚生成空隙单元；将上述生成的空隙单元进行分组，实现沥青混合料空隙结构的分析。本发明的优点在于借助离散元对沥青混合料空隙结构进行分析，可以做到任意单个空隙单元的提取，并且可以具象化，便于后续的研究分析。

技术领域

本发明涉及沥青混合料空隙结构分析方法，特别是涉及一种基于离散元分析沥青混合料空隙结构的方法。

背景技术

多空沥青路面目前在全世界得到大规模应用。多空沥青路面空隙率较大，其独特的空隙结构可以在雨天将路表积水迅速排出路面结构之外。然而，多孔沥青混合料中较大的空隙结构会影响到路面使用期间的耐久性，主要基于以下原因：由于混合料具有较大的空隙率，路面在使用过程中更容易受到环境因素(氧气、紫外/红外光、温度以及水分)的影响，混合料易于老化而破坏；行车荷载作用后空隙结构被压缩变形，飞灰扬尘等环境条件造成的空隙结构逐渐被堵塞，造成在通车若干年后多孔沥青路面空隙结构衰变从而丧失部分排水降噪功能。

为了研究多孔沥青路面空隙结构，首先需要对空隙结构进行提取。传统的实验方法可以测算沥青混合料的空隙率，但是较为复杂，且无法区分封闭空隙与联通空隙。同时，为了更好的观察空隙结构，需要做到空隙结构的具象化，同时应该能够单独分析每一个独立的空隙单元。

发明内容

发明目的：针对室内试验方法无法准确测算沥青混合料空隙结构的问题，提供一种基于离散元分析沥青混合料空隙结构的方法，使空隙结构单元能够具象化且易于提取和分析。

技术方案：本发明提供了一种基于离散元分析沥青混合料空隙结构的方法，包括以下步骤：

(1)采用CT断层扫描仪沿着沥青混合料试件纵向扫描，得到H张沥青混合料CT图片；

(2)分别对H张沥青混合料CT图片进行处理，得到每张CT图片的空隙结构中每个像素点的X、Y值，分别保存至H个txt文件；

(3)将步骤(2)得到的每个像素点转化为离散元中的小球单元；

(4)将相互接触的小球单元团聚生成空隙单元；

(5)将步骤(4)中生成的空隙单元进行分组，实现沥青混合料空隙结构的分析。

进一步的，所述步骤(2)中采用MATLAB软件分别对H张CT图片进行处理，根据每张CT图片像素值大小分布，确定一阈值ε，将像素值大于ε的图像部分认定为空隙结构，采用函数im2bw()将空隙结构提取出来；假设组成空隙结构的图像部分中某一个像素点处于第X列、第Y行，将组成空隙结构的所有像素点的(X、Y)输出，保存至txt文件。

进一步的，所述步骤(3)中将每张CT图片得到的对应的txt文件导入MicrosoftVisual Studio，对于第i张CT图片上某一像素点(X、Y)转化为离散元中一颗半径为r的小球单元，i＝1,2,…,N，r的取值根据实际需求来设定，小球单元在离散元中的位置信息为x＝(2X-1)×r，y＝(2Y-1)×r，z＝(2i-1)×r；根据小球单元的半径和位置，在离散元程序中生成相对应的小球单元。

进一步的，所述步骤(4)具体包括以下步骤：

(41)遍历所有的小球单元，将所有小球单元的某一物理属性设为0，并设定某一参数j；

(42)随机选取一个小球单元A，将该小球单元A的物理属性λ设为1，初始化j为1；