[发明专利]土石混合体试样的断层成像装置及三维数值逆向重构方法

说明书

本发明公开了一种土石混合体试样的断层成像装置及三维数值逆向重构方法，属于试验设备领域，该装置包括：固定机构、打磨机构、旋进机构、检测机构。该方法为：通过打磨机构层层出露土石混合体试样内部断层的二维块石形态，采用顶部的数码相机层层采集出露断层的块石二维形态信息，通过采集整个土石混合体试样的二维断层形态信息，并采用MATLAB软件编程逆向构建出土石混合体试样的三维数值模型。本发明与传统的土石混合体CT扫描获取断层信息相比，该装置成本低，操作简单灵活，且装置可自由拆卸、组装，场地适应性广，可竖向布置、可横向布置，并适应多种尺寸的土石混合体试样逆向建模，无重量限制。

技术领域

本发明属于实验设备技术领域，涉及一种试验设备，具体涉及土石混合体试样的断层成像装置及三维数值逆向重构方法，主要用于土石混合体的三维逆向重构。

背景技术

土与块石的混合体广泛存在于自然界中，土石混合体非均质性和土石力学性质的巨大差异，使得土石混合体力学性质很大程度上受块石的形态和空间分布控制。为此获取土石混合体中块石的形态和空间分布，建立土石混合体二维、三维数值模型是研究土石混合体力学性能和变形特性的关键。现有方法多采用CT扫描获取块石内部形态参数，然而由于CT扫描经济性和扫描尺寸的限制，使得无法简单、快速的逆向构建室内土石混合体试样三维模型。

发明内容

有鉴于此，本专利的目的研发出一种经济、简单、高效、适用性广的土石混合体试样断层数码成像装置和相应的三维数值逆向重构方法。

为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种土石混合体试样的断层成像装置，包括：固定机构，由底座、可拆卸的安装在该底座上的护筒、可滑动的设置在该护筒内的承台板组成，用于承载土石混合体试样；打磨机构，包括打磨器，设置在该护筒的上方，用于对放置在该承台板上且露出于该护筒顶部的土石混合体试样实施若干次的断层打磨；旋进机构，由与该底座固接的固定螺母、与该固定螺母旋接的旋转螺杆组成，用于在该打磨器对土石混合体试样实施单次的断层打磨后竖向顶升该承台板；检测机构，由计算机、与该计算机通过导线分别电性连接的数码相机和位移计组成，所述数码相机用于采集土石混合体试样经打磨器单次断层打磨后的断层图像，安装在该护筒的上方且位于该护筒的中轴线上，所述位移计用于测量该承台板在顶升过程中的位移量，安装在该底座上，其信号发射端对准该承台板底部，所述计算机用于存储数码相机采集的断层图像及位移计测量的承台板位移量，并根据存储的断层图像和承台板位移量进行土石混合体试样的三维数值逆向重构。

采用上述方案，是通过大功率打磨器的打磨作用，从上到下等间距地出露土石混合体试样断层上的二维块石形态信息；其次，采用计算机远程控制护筒中心顶部位置上方固定的数码相机，对土石混合体试样每个断层面进行成像，获取并顺序储存各断层面上的块石形态信息；然后，对每个断层面上的块石形态信息进行数字图象处理，提出块石形态轮廓；最后，根据每个断层面的块石形态轮廓和断层面的高度，根据三维插值算法，三维数值逆向重构出土石混合体模型。

进一步，所述打磨机构还包括与该打磨器连接的吸尘器，所述吸尘器包括吸尘机、罩设在打磨器上的吸尘罩、将吸尘罩与吸尘机相连接的吸尘管、用于收集吸尘机内粉尘的集尘桶，所述吸尘罩包括防尘罩、防尘膜、橡皮筋，所述防尘罩覆盖在护筒顶部，所述防尘膜呈筒状，由柔性材料制作而成，其一端与防尘罩口部密封连接，另一端通过该橡皮筋紧固于护筒在距其顶部一定距离的筒壁外侧上。

进一步，所述护筒具有两端开口的圆柱形结构，其顶端开口与打磨机构相连接，底端开口通过其上的沿边与底座连接，所述护筒与承台板的尺寸可根据土石混合体试样的尺寸来确定，且护筒的直径比土石混合体试样的直径大1～5mm。

进一步，所述旋转螺杆在与承台板连接的一端设有光滑的杆部，所述承台板上设有与所述杆部相配合插接的凹槽，所述杆部与凹槽过盈配合，所述杆部的顶端周向上设有倒角。