岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S1): 658-664.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0281

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基于多频超声成像特征的软弱结构面可视化 分析方法研究

邹先坚1,马志敏2,王川婴1,宋欢3   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071;2. 武汉大学 电子信息学院,湖北 武汉 430072; 3. 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,湖北 武汉 430077
  • 收稿日期:2020-03-13 修回日期:2021-02-02 出版日期:2022-06-30 发布日期:2022-07-15
  • 作者简介:邹先坚,男,1987年生,博士,副研究员,主要从事成像探测与信号处理及相关岩土工程检测等方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金青年基金项目(No.42007266);湖北省自然科学基金面上类项目(No.2019CFB345)

Visual analysis method of weak structural planes based on multiple frequency ultrasound imaging features

ZOU Xian-jian1, MA Zhi-min2, WANG Chuan-ying1, SONG Huan3   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 3. Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430077, China
  • Received:2020-03-13 Revised:2021-02-02 Online:2022-06-30 Published:2022-07-15
  • Supported by:
    This work was supported by the Young Scholars of National Natural Science Foundation of China(42007266) and the General Program of Natural Science Foundation of Hubei(2019CFB345).

摘要: 在一定荷载条件下,岩土体内部软弱结构形态特征及其变形破坏方式对岩土工程边坡失稳等具有重要的意义,而岩土体内部软弱结构面及其形态特征的可视化分析往往缺乏有效的现场测试手段。基于此,提出一种基于多频超声成像特征的软弱结构面可视化分析方法。该方法通过使用多个频率的超声波来获取对应条件下不同角度、不同频率下岩土体内部软弱结构组织的超声扫描图像,统计分析其反射衰减特征以及差值图像的渐变特征,并据此建立软弱结构面定性定量分析方法,从而实现岩土体内部软弱结构的可视化分析。该方法实现了对岩土体内部软弱结构的实时成像探测和可视化监测,解决了现有技术中无法实现对岩土体内部软弱结构的原位成像探测和精细化分析的问题,为岩土工程和地质勘察中有关软弱结构诱发岩土体失稳机制的研究提供了一种新的技术手段和研究思路。

关键词: 超声成像, 软弱结构面, 可视化分析, 反射衰减, 形态特征

Abstract: The morphological characteristics and deformation failure modes of weak structures in rock and soil mass under certain loading conditions are of great significance to the slope stability in geotechnical engineering, while the visual analysis of the inner weak structural planes and their feature description often lack effective field testing means. Therefore, a method for the visual analysis of weak structural planes based on the characteristics of multiple frequency ultrasound imaging is proposed. This method obtains the ultrasonic scanning image of the weak structures at different angles and frequencies under corresponding conditions using multiple frequency ultrasonic waves, analyzes the reflection attenuation feature and the gradient feature of the difference image statistically, and establishes the qualitative and quantitative analysis of the imaging features, so as to realize the visualization analysis of the weak structure in rock and soil mass. The method realizes the real-time imaging detection and visual monitoring of internal weak structure of the rock and soil mass, and solves the existing drawbacks that the in-situ imaging detection of internal weak structures cannot be achieved and the problem of the precise analysis of local structure planes for rock and soil. It provides a new technical approach for the instability mechanism research induced by the weak structures of rock and soil mass during the geotechnical engineering and geological investigation.

Key words: ultrasound imaging, weak structural plane, visual analysis, reflection loss, morphological characteristics

中图分类号: 

  • O 319.56
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