專利名稱：粘性土脹縮特性表征參數(shù)測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土體表征參數(shù)及其測(cè)試方法，屬于土木工程和地質(zhì)工程中巖土工程勘察領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前對(duì)膨脹土的判別與分類方法較多，這些方法主要通過(guò)自由膨脹率、線脹縮率、液塑限、粘粒含量及礦物成分等指標(biāo)中一個(gè)或多個(gè)組合來(lái)判別。上述方法的缺點(diǎn)是若采用單一指標(biāo)，可能因?yàn)樵u(píng)判因子片面性和較大的變異系數(shù)而導(dǎo)致結(jié)果的不準(zhǔn)確甚至錯(cuò)誤，若采用多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，往往出現(xiàn)同一土樣不同的指標(biāo)屬于不同的等級(jí)，而難于歸類，很多指標(biāo)變異系數(shù)較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于準(zhǔn)確地對(duì)粘性土進(jìn)行判別。針對(duì)上述分類方法的不足進(jìn)行補(bǔ)充，本文利用膨脹土體積隨含水率變化而變化的特征，簡(jiǎn)化成面積變化特性，研制測(cè)試設(shè)備和試驗(yàn)與測(cè)試方法，提出用面縮率來(lái)衡量膨脹土的脹縮性，利用面縮率對(duì)膨脹土判別與分類，其優(yōu)點(diǎn)在于使用試樣多，誤差小，測(cè)試精度高，試驗(yàn)條件容易控制等優(yōu)點(diǎn)。粘性土脹縮性表征參數(shù)及測(cè)試方法，其特征在于測(cè)試設(shè)備包括:一種粘性土脹縮特性表征參數(shù)測(cè)試方法，包括以下幾個(gè)步驟，第一步、試樣制樣:土體風(fēng)干后過(guò)篩，加水配置成液性指數(shù)為1.6至2.4的泥漿，將所述泥漿倒入圓盤中，并輕輕振搗使試樣平鋪，所述圓盤表面平整光滑且呈黑色亞光；第二步、試樣養(yǎng)護(hù):將試樣放在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至質(zhì)量不變，溫度控制在26°C ±2°C、濕度為30%至70%范圍內(nèi)；第三步、圖像采集:將風(fēng)干試樣烘干后放置在相機(jī)固定架中間，保證收縮圓盤整體都在所拍圖像中，用相機(jī)拍取試樣照片；第四步、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算:將彩色圖片轉(zhuǎn)為黑白二值化圖片，白色像數(shù)代表土體部分，黑色像素代表除土體其余部分，通過(guò)圖像處理軟件計(jì)算出黑色像數(shù)與白色像數(shù)個(gè)數(shù)，分別為Ns、Ne ;面縮率δ s定義為土體干縮后面積S+與土體初始面積Sto的比值，面縮率δ s=S總X N白/[ (N黑+N白)X S初]，式中:S總為邊長(zhǎng)為D的圓盤外接正方形的面積，S總=D2，S初=n D2/4。所述圓盤為金屬材質(zhì)，在所述金屬材質(zhì)圓盤的盛土表面具有黑色亞光的特氟龍涂料層。所述圓盤直徑為3cm至30cm,內(nèi)腔深度為0.5cm至5cm,內(nèi)腔壁與圓盤底面垂直。本發(fā)明利用膨脹土體積隨含水率變化而變化的特征，簡(jiǎn)化成面積變化特性，利用數(shù)碼相機(jī)對(duì)體變過(guò)程進(jìn)行拍照記錄，再用圖像計(jì)算軟件對(duì)圖像進(jìn)行計(jì)算，得出土體收縮體變的參數(shù)。利用本發(fā)明所述的分類方法，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
第一，使用土樣多，降低了土樣不均勻和特征不明顯等缺點(diǎn)帶來(lái)的誤差；第二，試驗(yàn)條件容易控制，操作簡(jiǎn)單；第三，本發(fā)明使用像數(shù)計(jì)算法計(jì)算土體的面積，計(jì)算出的面積精確度高，極大地改善了膨脹土的判別與分類方法的精度與效率。


圖1為膨脹率與面縮率關(guān)系曲線；圖2為處理好的原始圖像；圖3為灰度分布圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種粘性土的判別與分類的方法。本發(fā)明所述的方法包括以下幾個(gè)步驟:第一步、試樣制備:土體風(fēng)干后過(guò)0.5_篩，加水配置成液性指數(shù)為2的泥漿，此時(shí)土體具有較好的流動(dòng)性且無(wú)硬塊，將一定質(zhì)量(按75g干土質(zhì)量和配置時(shí)的含水率換算出泥漿的質(zhì)量)泥漿倒入圓盤，輕輕振搗使試樣平鋪于圓盤中且無(wú)氣泡，圓盤的剛度保證了土體振搗時(shí)不發(fā)生變形；第二步、試樣養(yǎng)護(hù):將試樣放在室內(nèi)敞開(kāi)養(yǎng)護(hù)至質(zhì)量不再改變，溫度控制在260C ±2°C、濕度控制在50%，土體收縮后，由于內(nèi)腔涂層光滑，圓盤內(nèi)腔側(cè)面對(duì)土體無(wú)粘結(jié)力，土體可以脫離內(nèi)腔側(cè)面而不產(chǎn)生粘結(jié)和破碎，將土樣風(fēng)干至質(zhì)量不再改變后放入108°C烘箱中烘干。第三步、圖像采集:將風(fēng)干試樣烘干后放置在相機(jī)固定架中間，相機(jī)固定架用于將相機(jī)固定在試樣的正上方，并水平擺放。相機(jī)高度無(wú)要求，只需保證收縮圓盤整體都在所拍圖像中。用相機(jī)拍取試樣照片，拍照時(shí)如有陰影可以用光源照亮，圓盤黑色亞光可以避免光源照射時(shí)產(chǎn)生反光導(dǎo)致的誤差。第四步、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算:將相機(jī)采集到的圖像用圖像處理軟件photoshop進(jìn)行剪裁與去雜處理，再用matlab軟件對(duì)圖像進(jìn)行二值化和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，如圖2所示，圖2為photoshop處理好的原始圖像經(jīng)matlab軟件轉(zhuǎn)為的黑白二值化圖片，白色像數(shù)代表土體部分，黑色像素代表除土體其余部分，再計(jì)算出其灰度值，繪制灰度分布圖(如圖3)。圖3中橫坐標(biāo)表示灰度值，灰度值為O時(shí)，表示該像素為黑色，灰度值為255時(shí)，表示該像素為白色，灰度值為(Γ255表示亮度介于黑色與白色之間。根據(jù)圖3進(jìn)行圖像分割，從圖中可見(jiàn)有三個(gè)峰值，峰值表示亮度為該值的像素個(gè)數(shù)最多，從左至右，峰值及其鄰域分別表示原始圖像中黑色圓盤部分的像素、原始圖像中土體部分的像素、圓盤外接正方形除圓盤外的白色區(qū)域，在matlab中調(diào)整閾值(某領(lǐng)域的界限)可以實(shí)現(xiàn)圖像的分割，分割時(shí)將閾值選為兩個(gè)峰值之間的谷值就可以將兩峰值對(duì)應(yīng)的圖像分割開(kāi)。在這里，對(duì)圖像 進(jìn)行分割的目的是將圖片中的土體部分與其他部分區(qū)分開(kāi)，圖像中每個(gè)像數(shù)都有一個(gè)灰度值，由于光線的原因，土體部分的像數(shù)灰度值不是同一個(gè)值，而是某個(gè)范圍，同樣背景部分也是一個(gè)范圍，分割的目的就是將這兩個(gè)范圍區(qū)分開(kāi)。
通過(guò)matlab軟件計(jì)算出黑色像數(shù)與白色像數(shù)個(gè)數(shù)，分別為N黑、N自。面縮率δ s定義為土體干縮后面積S+與土體初始面積S初的比值，面縮率δ s = S總XN自/[(Ns+N自)XS初]，式中:S總為邊長(zhǎng)為D的圓盤外接正方形的面積，Si6=D2, Sft = 3iD2/4o針對(duì)十種不同膨脹性的粘性土在統(tǒng)一初始條件下進(jìn)行干縮試驗(yàn)研究，每組制樣6個(gè)，試驗(yàn)試樣烘干后測(cè)量每個(gè)試樣的自由膨脹率，將其與面縮率進(jìn)行對(duì)比，各組試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I。表I不同自由膨脹率粘土試驗(yàn)結(jié)果表
權(quán)利要求
1.一種粘性土脹縮特性表征參數(shù)測(cè)試方法，其特征在于:包括以下幾個(gè)步驟， 第一步、試樣制樣:土體風(fēng)干后過(guò)篩，加水配置成液性指數(shù)為1.6至2.4的泥漿，將所述泥漿倒入圓盤中，并輕輕振搗使試樣平鋪，所述圓盤表面平整光滑且呈黑色亞光； 第二步、試樣養(yǎng)護(hù):將試樣放在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至質(zhì)量不變，溫度控制在26°C ±2°C、濕度為30%至70%范圍內(nèi)； 第三步、圖像采集:將風(fēng)干試樣烘干后放置在相機(jī)固定架中間，保證收縮圓盤整體都在所拍圖像中，用相機(jī)拍取試樣照片； 第四步、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算:將彩色圖片轉(zhuǎn)為黑白二值化圖片，白色像數(shù)代表土體部分，黑色像素代表除土體其余部分，通過(guò)圖像處理軟件計(jì)算出黑色像數(shù)與白色像數(shù)個(gè)數(shù)，分別為Ns、Ne ;面縮率δ s定義為土體干縮后面積S+與土體初始面積Sto的比值，面縮率δ s=S總XN白/[(N黑+ N白)XS初]，式中:S總為邊長(zhǎng)為D的圓盤外接正方形的面積，S總=D2，S初=n D2/4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種粘性土脹縮特性表征參數(shù)測(cè)試方法，其特征在于，所述圓盤為金屬材質(zhì)，在所述金屬材質(zhì)圓盤的盛土表面具有黑色亞光的特氟龍涂料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粘性土脹縮特性表征參數(shù)測(cè)試方法，其特征在于，所述圓盤直徑為3cm至30cm,內(nèi)腔深度為0.5cm至5cm,內(nèi)腔壁與圓盤底面垂直。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種土體表征參數(shù)及其測(cè)試方法，屬于土木工程和地質(zhì)工程中巖土工程勘察領(lǐng)域。本發(fā)明一種利用面積收縮率對(duì)粘性土進(jìn)行判別與分類的新方法。通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理與圖像計(jì)算技術(shù)，對(duì)粘性土收縮后面積進(jìn)行精確計(jì)算，最后利用面縮率對(duì)不同粘性土的膨脹性進(jìn)行判別與分類。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于使用試樣多，誤差小，測(cè)試精度高，試驗(yàn)條件容易控制等。利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)增收。
文檔編號(hào)G01N21/84GK103091323SQ20131000528
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者王保田, 俞海洲, 郭帥杰, 趙辰洋, 陳一新, 計(jì)鵬 申請(qǐng)人:河海大學(xué)