红黏土平面裂纹扩展的分形特征.pdfVIP

第４２卷 第１５期 人　民　长　江 Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１５ ２０１１年 ８月　 　 Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　 　Ａｕｇ．， ２０１１ 　　文章编号：１００１－４１７９（２０１１）１５－００５８－０５ 红黏土平面裂纹扩展的分形特征 １ ２ 邹　飞 ，夏　怡 （１．贵州省质安交通工程质量监测中心有限责任公司，贵州 贵阳５５００００；　２．贵州省交通规划勘察设计研究 院，贵州 贵阳５５０００１） 摘要：为了探讨红黏土在失水过程中裂隙的演化规律，进而为确定红黏土的力学参数提供理论支持，通过采集 红黏土在失水过程中不同时刻表面裂隙扩展状态的数字图像，并采用ＭＡＴＬＡＢ软件对图像进行滤波、阈值分 割后获得裂纹演化的二值图。在裂纹演化二值图的基础上，计算红黏土表面裂隙的简单分形维数、裂隙率以 及多重分形谱与失水量之间的关系。结果表明：裂纹演化二值图的分形维数以及裂隙率与失水量之间有很好 的线性关系，其多重分形谱曲线形状以及谱宽表能够很好表述红黏土平面裂纹演化在分形结构上不均匀分 布的性质。 关　键　词：红黏土；多重分形；裂纹演化；分形维数 中图法分类号：ＴＵ４４３　　　文献标志码：Ａ 　　红黏土为碳酸盐岩系的岩石经红土化作用形成的 １　裂纹数字图像的预处理 高塑性黏土，其黏土矿物含量很高，主要为高岭石和伊 利石。在我国，红黏土主要分布在南方各省，其土体在 １．１　数字图像的采集 湿热交替的气候条件下经过不均匀涨缩，往往发育很 在室内温度下（保持在２８℃左右），采用高分辨率 多裂隙，地表裂隙多呈现开口的龟裂状，并将土体切割 数码相机拍摄红黏土在不同时刻裂纹发展的高清数字 成一定几何形态的块体。由于裂隙在红黏土土体内部 图像。拍摄过程中相机与红黏土之间保持固定的距 的空间分布破坏了土体的完整性，降低了土体的强度， 离，并采用统一焦距，以便使得图像的物面分辨率保持 增加了土体的渗透性，这对红黏土边坡的稳定性、地基 一致（即单像素所代表的实际长度一致）。整个实验 承载力等都有着很大的影响。尤其是在降水作用下， 共进行３５ｈ，图像按时间先后进行存储以便后期处理。 裂隙成为水运移的有利通道，这将导致土体抗剪强度 红黏土试样厚度 １ｃｍ，其基本参数见表 １。 的降低，造成边坡失稳、地基破坏等工程事故。目前在 表 １　红黏土物理性质指标 红黏土分布较广的南方各省区，各种基础工程建设 日 液限 塑限 塑性指数 含水量 比重 ｗ ／％ ｗ ／％ Ｉ ｗ／％ 益增多，因此就很有必要对红黏失土水过程中裂隙的 Ｌ Ｐ Ｐ ２．７５ ６５．１５ ３４．６９ ３０．４６ ３５ 演化规律进行研究。 本文通过红黏土的失水实验获得其表面裂隙扩展 演化的数字图像，采用图像处理方法获得裂纹演化二 １．２　裂纹图像滤波 值图，探讨了分形维数以及裂隙率与失水量之间关系， 由于拍摄系统以及外部干扰，图像在采集过程中 并采用多重分形谱对裂纹的空间分布特征进行了表 会包含不同程度的噪声，为减少噪声对图像分析的干 述。