基于VC++数字图像处理技术的岩石CT图像分析

岩石CT研究是岩石力学的热点课题,岩石CT图像可以直观反映出岩石断面的全部信息,为进一步研究岩石断裂的机理,提取岩石CT中裂纹、孔洞等信息特征显得至关重要。应用VC++开发岩石CT图像处理程序,并应用VC++数字图像处理技术提取岩石CT图像中的重要信息特征,为进一步研究岩石细观损伤演化过程提供了信息依据。     

基于图像处理技术的岩石裂纹演化及其多重分形的研究

用VC++开发岩石CT图像处理程序,提取岩石CT图像中的重要信息特征,并结合多重分形理论对岩石断裂破坏过程中的微缺陷进行了量化表达.结果表明,通过多重分形谱能够全面反映出岩石断裂破坏过程中微缺陷分布的完整信息,从而为进一步研究岩石断裂破坏奠定理论基础.     

岩石断裂破坏过程中微缺陷量化表达的研究

岩石在断裂破坏过程中微缺陷的定量描述始终是CT图像分析的关键。结合分形理论较为详细地描述了微缺陷量化表达的全过程,同时也探讨了岩石在断裂破碎过程中分形维数的变化规律,为真正掌握岩石破坏机理奠定了基础。     

分形数学基础与分形在岩石力学中的应用

叙述了分形几何的基本概念，分行维数的计算公式，介绍了分形的数学基础及分形插值方法，进而讨论了分形在岩石力学中的研究实例。     

基于分形理论的岩石断面表面形貌研究

通过岩石的三点弯曲试验与激光表面仪扫描试验获取岩石断面的三维坐标,基于分形维数计算的基本理论——表面覆盖法,探讨了大理岩与花岗岩两类岩石粗糙断面的分形特性。研究结果显示:分形维数与分形截距是描述粗糙断面性质的几何参数,分形维数揭示了表面粗糙度,分形截距表征了断面波形坡度,二者相得益彰。但是,维数对表面粗糙性的区分度小。     

岩石破碎体的粒度分布与分形

本文系统研究了分形破碎体的筛上、筛下分布规律及其与一些典型粒度公式的关系，讨论了它们的理论基础和破碎机理。证明，仅在尺度范围足够宽，且D＜3时，分形分布才与指数α＜3的G-S分布一致；D＞3时符合筛上幂律分布；分形分布不可能与指数分布一致。Welbull分布，对数正态分布等仅在特殊情况下与分形分布一致。分形方法更好地反映了破碎的本质。分析结果表明，矿山岩石破碎体，包括天然砂，基本上符合分形规律。     

岩石可钻性分形法的检验与评价

为满足优质高速钻井的要求,需要对岩石可钻性做出更加精确的观测。利用分形几何理论,研究了钻井过程中岩石破碎机理及形成过程,提出了一种以井底返出的岩屑为对象的岩石可钻性测试方法。室内实验表明:微钻头岩石可钻性级值和岩石压入硬度值与破碎岩屑分形维数存在明显的相关性,由此制定了一个基于岩屑粒度分布分形维数表示的岩石可钻性预测指标。经现场实验检验,分形法确定岩石可钻性级值具有很高的精度。这表明钻井过程中上返岩屑的分形维数能反映岩石可钻性程度,可以用分形维数衡量岩石可钻性大小。     

储层岩石孔隙结构的分形研究

储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征，孔隙结构的分形维数可以定量描述孔隙结构的复杂程度和非均质性。应用分形几何的原理，对低渗透储层岩石的孔隙结构进行了研究。建立了毛管压力和孔隙大小概率密度分布的分形几何模型。并根据毛管压力曲线资料计算了孔隙结构的分形维数和孔径大小概率密度分布。计算结果表明，用该方法研究孔隙结构不仅简单易行，而且精度很高。     

μCT技术研究煤的孔隙结构和分形特征

煤的孔隙结构是影响煤中气体吸附和渗流的一个重要因素。从实现精细化、无损化和定量化入手,应用μCT 225kVFCB型高精度CT试验分析系统,通过显微CT切片,提取研究了4个煤样孔隙分布特征,讨论了煤级、煤显微组分和灰分对煤孔隙结构的影响程度。采用公约数网格序列盒维数法定量表征了孔隙结构的复杂程度和不规则性,探讨了孔隙率、渗透率和分形维数的关系。研究表明,研究煤样的孔隙分布总体受煤显微组分含量控制,同时煤中矿物充填作用在一定程度上降低了煤的孔隙率、平均孔径和孔隙数量。煤孔隙分形维数D的变化与孔隙分布特征密切相关,有效地反映了孔隙结构的非均质性。孔隙率、渗透率与分形维数呈现显著的幂指数正相关关系。由此指示,基于显微CT切片的煤孔隙分形维数可作为煤储层孔隙特征和渗透性评价的定量指标之一。     

采空区破碎岩石承压变形及分形特征研究

为了研究采空区破碎岩石的承压变形及分形特征,利用自主研制的大尺寸破碎岩石变形-渗流试验系统分别对不同岩性、不同轴向应力和不同粒径级配条件下的采空区破碎岩石进行了承压变形试验。试验结果表明:破碎岩石压实后,大粒径岩块质量减少,小粒径岩块的质量增多,处于中间粒径区间的岩块质量变化趋于稳定,岩块整体体积逐渐减小;岩石的强度与岩石压缩后分形维数呈负相关关系,岩石强度越低,抗变形能力越差,压实后分形维数越大;随着轴向应力的增大,大粒径岩块质量减少速度趋于缓慢,分形维数不断增大,分形维数的增长速度逐渐减小,最后趋向于0;破碎岩石试样中的大尺寸岩块含量越多,压实后岩石试样的分形维数增量越大,岩石破碎程度较为剧烈。     

基于CT图像处理技术的岩石损伤特性研究

以岩石材料的CT图像为研究对象,充分利用CT扫描图像资料中的信息,提出了一种CT图像分析方法.首先利用数字图像增强技术实现了CT图像的伪彩色增强,并根据数字图像灰度直方图技术分析岩石损伤演化规律,不仅从视觉上可直观地观察到岩石的损伤演变情况,而且可准确、定量地分析损伤演变过程;然后根据数字图像分割技术提取岩石中的空隙、裂隙和岩体颗粒,获得CT图像的真实细观结构,准确地描述了岩石材料内部介质的空间分布;结合损伤理论定义了以损伤面积作为损伤因子的损伤变量,损伤变量与偏应力间的曲线关系符合岩石损伤演化特性.     

典型火山岩型铀成矿区遥感图像分形特征研究

简要介绍遥感图像分形维数与多重分形谱的计算方法,利用分形方法研究相山和玉华山火山岩型铀成矿区遥感图像特征。研究发现,众多铀矿床分布的相山盆地与仅产出2个铀矿点的玉华山盆地相比,遥感图像不仅具有更大的纹理分形维数,而且多重分形谱明显偏向奇异性指数更小的一侧分布。分析铀成矿区内遥感图像分形维数大小和多重分形奇异性强弱与铀成矿的内在联系,认为遥感图像的分形维数和多重分形奇异性指数可用于指导火山岩型铀矿的区域预测。     

基于分形维数及细观孔隙结构特征的煤矸石识别研究

为进一步提升基于图像特征的煤矸石分选识别率,将分形维数的分析方法与图像处理和识别技术相结合,选取煤矸石图像的细观孔隙结构特征作为主要研究对象和识别特征.在运用图像处理技术对煤矸石图像进行处理后,最大化地凸显了煤矸石图像细观孔隙结构特征,通过对部分样本的孔隙结构进行初步特征测定和比对,运用分形几何理论对自然形态自相似性特...     

级配饱和破碎岩石压缩变形与分形特性试验研究

综合利用MTS816.03试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验,分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率4种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论:1)矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似且可分为2个阶段,即为0~4MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段;而灰岩试样的压缩过程变形速率均匀。2)在相同粒径配比条件下,随着轴向应力的增大,砂岩分形维数单调增大,岩石颗粒破碎程度加剧。轴向应力与分形维数之间关系可用指数函数拟合。3)在试样压缩过程中,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大;加载速率越大,试样轴向位移越小。4)在12 MPa轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样压缩后的分形维数增量越大,被压碎的岩石颗粒越多;加载速率越大,试样分形维数越大,破碎程度越低。     

基于CT图象法的矿岩散体孔隙结构分形特征研究

利用CT技术分别获取了溶浸柱浸出过程中上部、中部以及下部三个不同区域的断面图像，通过自编的Matlab程序对图像孔隙的分形维数进行了估算，并简要分析了导致溶浸柱中孔隙结构变化的主要因素。结果表明：堆浸过程中矿岩散体介质的孔隙结构存在着空间和时间的变异型，孔隙结构变异程度同细颗粒在物理及化学作用下的迁移与堆积等因素相关；孔隙分维数在浸前随高度的增加而减小，浸后则随着高度的增加而增大；同一区域位置断面分维数浸出后较浸出前均有所增加，下部增加幅度为上部的近19倍。     

岩石爆破块度分布的分形结构

应用分形几何理论研究了岩石爆破块度的分形特性，发现岩石的爆破块度具有良好的分形结构。建立了爆破块度的分维数与爆破参数的关系。由此可进行岩石爆破后的块度估算，爆破块度的预报和爆破参数的优化。     

基于分形理论的岩石质量评价

为了揭示地质数据的内在关系,深层次地反映节理岩体的工程地质特点,分析讨论了岩体结构面的分形特征,提出了一种利用分形分布、节理密度、岩石质量指标RQD和结构面间距分布形式的联系来评价岩体质量的方法。研究表明,分维数D能够弥补方法CSIR在评价岩体质量中的某些不足,可以作为岩体质量评价的一个定量指标。     

基于多重分形理论页岩孔裂隙结构特征的研究

多重分形研究是描述一种物理量在一个支撑集合上的分布状况,即定义在分形上的多个标度指数的奇异测度所组成的集合,该理论已经被广泛应用于各个科学领域。运用多重分形理论,对吉林某区块的页岩进行扫描、图像二值化等处理后,运用盒计数法计算出分形维数,确定了多重分形谱函数并绘制出多重分形谱。从多重分形谱中可以得到能够描述页岩孔裂隙结构特征的3个重要参数:谱宽、极大值以及奇异谱的不对称程度。此次研究也为后续对非常规储层裂缝发育情况的研究提供了新方法。     

基于扫描电镜图像分割的煤体结构分形研究

运用扫描电镜试验对两种煤样表面进行观测,分析裂-孔隙结构发育特征,并通过Matlab软件对电镜图像进行傅里叶变换与小波变换降噪处理,计算表面分形维数.结果 表明:相较于傅里叶变换,小波变换的二值化图像保留了更多的煤体表面裂-孔隙结构信号,所得表征煤体表面裂-孔隙结构复杂程度的分形维数值也较大.     

分形几何在岩土工程中的应用

分形几何主要研究自然界不确定性的因素.水电工程与岩石、土及混凝土材料紧密联系,而土与岩石中存在大量分布不规则的裂隙或孔隙,因此,分形理论用于研究岩土工程具有一定的价值.