›› 2012, Vol. 33 ›› Issue (11): 3393-3399.

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于数字图像分析的冰水堆积体结构建模与力学参数研究

石 崇1, 2,王盛年1, 2,刘 琳1, 2,陈鸿杰1, 2   

  1. 1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点试验室,南京 210098;2. 河海大学 岩土工程研究所,南京 210098
  • 收稿日期:2011-10-12 出版日期:2012-11-12 发布日期:2012-11-14
  • 作者简介:石崇,男,1978年生,博士,讲师,主要从事岩石力学与工程、冰水堆积体力学特性与防治方面的教学与研究工作
  • 基金资助:

    国家重点基础研究发展计划(973)项目(No. 2011CB013504);国家自然科学基金(No. 50911130366);教育部博士点基金项目(No. 20090094120017)

Structure modeling and mechanical parameters research of outwash deposits based on digital image analysis

SHI Chong1, 2,WANG Sheng-nian1, 2,LIU Lin1, 2,CHEN Hong-jie1, 2   

  1. 1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Geotechnical Research Institute, Hohai University, Nanjing 210098, China
  • Received:2011-10-12 Online:2012-11-12 Published:2012-11-14

摘要: 冰水堆积体是一种典型的混合介质,由软弱“土”与坚硬“石”构成,其参数选取和分析方法困难。利用数字图像重构方法模拟冰水堆积体结构特征,可反映块石分布特征;以基于图像识别的块石分割和颗粒离散元建模分析方法,研究了堆积体内介质分布、土体颗粒强度对混合介质力学参数的影响规律,分析了冰水堆积体变形、峰值抗剪强度及峰后段抗剪强度的变化规律。结果表明:冰水堆积体混合介质在峰值前的变形曲线呈非线性硬化性,峰后呈现塑性特性,其综合抗剪摩擦角随基质土的黏结强度提高而降低;当块石含量小于25%时,抗剪切强度近似等于基质土强度,块石含量高于25%时,抗剪切强度随块石含量增加而提高;由于受块石空间分布影响,块石含量与摩擦角间的相关性要比其与黏结强度间的高;该成果应用于云南古水水电站坝前冰水堆积体发现,含块石混合介质内摩擦角比纯土高0°~8°,与工程判断较吻合。该方法能弥补室内试验不能考虑大尺寸块石的困难,可作为室内试验获取力学参数方法的有益补充。

关键词: 冰水堆积体, 土石混合体, 图像识别, 岩土力学参数

Abstract: Outwash deposit is one of the typical mixed materials, which is made up of soft soil grains and hard rock mass; and it is very difficult to determine its mechanical parameters and analyze its mechanical characteristics. Digital image reconstruction method is used here to help construct the structure of outwash deposits and to reflect the distribution of stones as well as the feature of clump. So a modeling method with particle discrete element method based on image recognition is built up, by which the laws on mechanical parameters of media distribution, strength of soil particles are researched. Then deformation characteristic, peak strength and shear strength after peak are analyzed. It is shown that the deformation curve before peak strength presents a feature of nonlinear hardening process, while it is like perfect plasticity after peak strength; composite friction angle of mixed material will decrease with the increase of bonding strength; when the stone content is less than 25%, composite shear strength approximately is equal to soil strength; when the stone content is higher than 25%, the shear strength will increase with the increase of stone content. Due to the effect of rock structure, the correlation coefficient between stone content and friction angle is greater than that between stone content and cohesion strength; and it can be concluded that the actual friction angle of geology deposits of Gushui Hydropower station is 0-8 degrees higher which is agreement to engineering conclusion. This method can consider stones of large size, which is a great difficulty in laboratory test, and can be a beneficial method for mechanical test in determining shear strength.

Key words: outwash deposits, soil-rock mixture, image recognition, geotechnical parameters

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[1] 李立, 余翠, 孙涛, 韩增强, 唐新建, . 基于颜色特征的数字钻孔图像溶隙结构识别方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3274-3281.
[2] 钟祖良, 别聪颖, 范一飞, 刘新荣, 罗亦琦, 涂义亮, . 土石混合体注浆扩散机制及影响因素试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4194-4202.
[3] 王鹏飞, 李长洪, 马学文, 李子建, 刘景军, 武洋帆, . 断层带不同含石率土石混合体渗流特性试验研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 53-61.
[4] 冯上鑫,柴军瑞,许增光,覃 源,陈 玺. 基于核磁共振技术研究渗流作用下土石混体细观结构的变化[J]. , 2018, 39(8): 2886-2894.
[5] 夏加国,高 玮,程雅星,胡瑞林,徐佩芬,隋皓月, . 土石混合体斜坡地质结构精细探测新途径及其应用[J]. , 2018, 39(8): 3087-3094.
[6] 赵鑫曜, 陈建功, 张海权, 杨泽君, 胡日成, . 基于块石形状数据库的土石混合体模型 随机生成方法[J]. 岩土力学, 2018, 39(12): 4691-4697.
[7] 唐建一,徐东升,刘华北. 含石量对土石混合体剪切特性的影响[J]. , 2018, 39(1): 93-102.
[8] 陈 立,张 朋,郑 宏,. 土石混合体二维细观结构模型的建立与数值流形法模拟[J]. , 2017, 38(8): 2402-2410.
[9] 沈 辉,罗先启,毕金锋,. 土石混合体渗透侵蚀特性数值模拟研究[J]. , 2017, 38(5): 1497-1502.
[10] 朱泽奇,盛 谦,程红战,李建贺,卞晓曼. 基于直接生成法的土石混合体三维随机模型构建与数值仿真研究[J]. , 2017, 38(4): 1188-1194.
[11] 龚 健,刘 君. 基于PIV分析的含石量对土石混合体边坡破坏过程及模式的影响[J]. , 2017, 38(3): 696-704.
[12] 金 磊,曾亚武,张 森. 块石含量及形状对胶结土石混合体力学性能影响的大型三轴试验[J]. , 2017, 38(1): 141-149.
[13] 李长圣,张 丹,王宏宪,独莎莎. 基于CT扫描的土石混合体三维数值网格的建立[J]. , 2014, 35(9): 2731-2736.
[14] 刘新荣,黄 明,祝云华,钟祖良,裴 丽. 土石混合体填筑路堤中的非线性蠕变模型探析[J]. , 2010, 31(8): 2453-2458.
[15] 杨 冰,杨 军,常 在,甘厚义,宋二祥. 土石混合体压缩性的三维颗粒力学研究[J]. , 2010, 31(5): 1645-1650.
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[1] 孙树林,李 方,谌 军. 掺石灰黏土电阻率试验研究[J]. , 2010, 31(1): 51 -55 .
[2] 李英勇,张顶立,张宏博,宋修广. 边坡加固中预应力锚索失效机制与失效效应研究[J]. , 2010, 31(1): 144 -150 .
[3] 李 晶,缪林昌,钟建驰,冯兆祥. EPS颗粒混合轻质土反复荷载下变形和阻尼特性[J]. , 2010, 31(6): 1769 -1775 .
[4] 王丽艳,姜朋明,刘汉龙. 砂性地基中防波堤地震残余变形机制分析与液化度预测法[J]. , 2010, 31(11): 3556 -3562 .
[5] 李秀珍,王成华,邓宏艳. DDA法和Fisher判别法在潜在滑坡判识中的应用比较[J]. , 2011, 32(1): 186 -192 .
[6] 吉武军. 黄土隧道工程问题调查分析[J]. , 2009, 30(S2): 387 -390 .
[7] 陈力华 ,林 志 ,李星平. 公路隧道中系统锚杆的功效研究[J]. , 2011, 32(6): 1843 -1848 .
[8] 陈立文,孙德安. 不同应力路径下水土耦合超固结黏土分叉分析[J]. , 2011, 32(10): 2922 -2928 .
[9] 郑 刚 张立明 刁 钰. 开挖条件下坑底工程桩工作性状及沉降计算分析[J]. , 2011, 32(10): 3089 -3096 .
[10] 赵明华,雷 勇,张 锐. 岩溶区桩基冲切破坏模式及安全厚度研究[J]. , 2012, 33(2): 524 -530 .