[发明专利]一种基于数字图像相关的示踪黏土研制方法

说明书

本发明公开了一种基于数字图像相关的示踪黏土研制方法，包括以下步骤：步骤一，测量高岭土和砂土的粒径分布；步骤二，计算黏土的粒径分布；步骤三，制备染色砂；步骤四，将染色砂添加至高岭土中并通过图像处理软件评估不同掺砂量下的散斑效果；步骤五，根据评估结果得出最合适的染色砂掺量的示踪黏土。本发明的有益效果：研制方法简单，取材便捷，黏土示踪效果好，很大程度上弥补了DIC技术在黏土试验研究中的运用；砂土染色技术可以在不影响原砂特性的情况下使砂颗粒作为散斑图案，具有较高的对比度，且在黏土变形过程不易掉色，散斑效果较好；提出了黏土中最合适的染色砂掺量，保证黏土在DIC试验中变形测量的准确性。

技术领域

本发明涉及岩土材料试验技术领域，尤其涉及一种基于数字图像相关的示踪黏土研制方法。

背景技术

在岩土工程中，土体变形的监测与分析往往非常重要。特别是在各种室内模型试验中，准确地测量材料的变形过程对试验至关重要，往往决定着试验的成功与否。变形测量常用的手段主要有千分表、位移传感器等，但由于空间、测点、精度的影响，往往不能得到理想的效果。近年来，随着图像处理技术运用，使得非接触式的试样全场小变形测量得以实现，并在岩土工程中得到广泛应用。如基于数值图像相关的DIC或者PIV技术，是在被测物表面制作散斑，通过捕捉散斑特征在像素级别的移动，采用优化的数字图像相关性运算法则对变形前后的散斑图像做相关性匹配，为试验提供二维、三维空间内全视野的形貌、位移及应变数据测量。而高质量的散斑图案是区域匹配追踪的唯一性保证，也就是变形测量的精度保证。散斑的制作既要满足图像处理的精度要求，又不能过多地影响材料本身的性质。

理想的散斑图案通常需要具有较高的对比度，且均匀分布。对于固体试件如混凝土、金属、陶瓷等，对表面进行喷漆是最常用、最便捷的散斑制作技术。而在岩土模型试验中，由于材料的散体特性，通常是需要隔着透明面板观测模型箱内材料的变形情况，喷漆制作散斑往往不现实，如活动门模型试验、滑坡模型试验、冻土模型试验等。对于砂石类材料，其本身固有的颜色和纹路已经呈现出散点图案，可直接进行DIC分析，因此国内外岩土DIC试验大多针对自身散斑效果较好的砂土展开。而黏土作为最常见的岩土材料，由于其表面缺乏散点图案，自身散斑效果不好，限制了图像追踪技术在黏土中的应用。

因此，亟需提出一种可用于图像追踪技术的示踪黏土研制方法，以期为相关的黏土模型试验提供参考。

发明内容

本发明公开了一种基于数字图像相关的示踪黏土研制方法，其可以有效解决背景技术中涉及的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于数字图像相关的示踪黏土研制方法，包括以下步骤：

步骤S1，测量高岭土和砂土的粒径分布；

步骤S2，根据高岭土和砂土的粒径分布，计算任意掺砂量下的黏土的粒径分布并测量黏土的塑性指数，按照ASTM规范D2487-11，得到任意掺砂量下的土的分类；

步骤S3，制备染色砂，具体包括：

步骤S31，准备砂土、乳液、固化剂和黑色精；

步骤S32，取一定量的砂土放入容器中，加入乳液，连续搅拌2-3分钟；

步骤S33，添加与乳液等量的黑色精，搅拌均匀，当砂颗粒被均匀染上色后，添加固化剂，继续搅拌5-6分钟；

步骤S34，将染色后的砂土在容器中摊平，放入一定温度的烘箱中，一定时间后取出进行搅拌、分散，随后继续放入烘箱；

步骤S35，重复步骤S34的操作5-8次，直至染色砂土颗粒间无粘聚现象，再放入烘箱烘干8小时以上，得到染色砂；

步骤S4，将染色砂掺入高岭土中，并采用图像处理软件对不同掺砂量下的散斑效果进行评估，评估基准包括图像噪声值、图像匹配置信度、全场平均竖向位移、平均剪切应变和黏土特性；