土体干缩裂隙网络定量分析 - 岩土工程学报.pdf

第 35 卷 第 12 期 岩 土 工 程 学 报 Vol.35 No.12 2013年 12月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Dec. 2013 土体干缩裂隙网络定量分析 唐朝生，王德银，施 斌，刘 春 （南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210093） 摘 要：土体干缩裂隙网络定量分析对深入研究裂隙发育机制及正确评价裂隙土的工程性质有重要意义。在室内对三 组不同土体开展了干燥试验，采用数字图像处理技术对获得的裂隙图像进行了二值化、除噪和骨架化等预处理操作， 提出了一整套与裂隙网络几何形态特征密切相关的量度指标体系并进行了定量分析，借助概率密度函数，从统计学角 度探讨了关键量度指标的分布特征。结果表明：土质对干缩裂隙网络的几何形态特征有重要影响，表面裂隙率、裂隙 节点个数、裂隙总长度、裂隙平均宽度和土块个数通常随黏粒含量和塑性指数的增加而增加；量度指标之间既有区别 又有联系，如表面裂隙率与裂隙平均宽度存在正相关性，裂隙条数受节点个数的控制，土块个数越多，则对应土块平 均面积越小，表面裂隙率越大，分形维数也越大；单位面积内的节点个数、土块个数和表面裂隙率可作为定量描述裂 隙网络几何形态特征的基本指标；裂隙长度、宽度和土块面积的平均值与它们的主要分布范围及最可几值之间存在较 好的相关性。 关键词：干缩裂隙图像；定量分析；数字图像处理；概率统计；分形；影响因素 中图分类号：TU411 文献标识码：A 文章编号：1000 –4548(2013)12 –2298 –08 作者简介：唐朝生(1980 – ) ，男，博士，副教授，主要从事工程地质与环境岩土工程方面的教学和研究工作。E-mail ： tangchaosheng@nju.edu.cn 。 Quantitative analysis of soil desiccation crack network TANG Chao-sheng, WANG De-yin, SHI Bin, LIU Chun (School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, China) Abstract : The quantitative analysis of soil desiccation crack network is significant to the investigation of crack mechanisms and the evaluation of engineering properties of cracked soils. In this study, desiccation tests are conducted on three different soils under temperature controlled conditions, and the obtained desiccation crack patterns are subjected to several pre-processing operations, e.g., binarization, noise elimination and skelotonization, by employing the image processing technique. A series of parameters are proposed