[发明专利]一种采用投石机理的堆积体边坡数值计算模型建立方法

权利要求书

1.一种采用投石机理的堆积体边坡数值计算模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、块石的获取，

选取堆积体典型部位，采用数码相机进行图像拍摄，采集一批块石；

s2、构建堆积体特征库，

应用MATLAB对块石轮廓一一进行提取，得到一批二维数字化的块石轮廓，步骤为：

s1.1、采用数码相机采集一批彩色块石,并提取其中一块彩色图像2a；

s1.2、将彩色图像2a进行灰度变换，

使用灰度转换函数将自然彩色图像转换为灰度图像2b，其中灰度转换函数为：

式中，g(x,y)是输出的灰度图像2b；f(x,y)是输入彩色图像2a；T是f(x,y)上的算子；R(x,y)，G(x,y)和B(x,y)是彩色图像2a的红色R、绿色G及蓝色B分量；

s1.3、对图像周边像素平滑处理，以减少图像噪声并降低细节层次，

采用高斯模糊处理技术对图像周边像素平滑处理，用正态分布计算图像中每个像素的变换,并取每一个像素周边像素的平均值，经过高斯模糊处理技术生成一个半透明的观察图像2c；

其中，一维高斯函数的方程为：

根据一维高斯函数，可以推导得到二维高斯模糊方程：

式中，x是水平轴上任意一点到坐标原点的距离；y是竖直轴上任意一点到坐标原点的距离；σ是高斯分布的标准差；

s1.4、检测块石的外轮廓，

对图像进行二值化处理，将图像中的块石和背景分离：块石区域的像素值为0，块石显示为黑色图像2d；背景区域的像素值为1，背景显示为白色；

确定一个合理的阈值进行二值化图像的划分，选取分离系数η(k)用于评价阈值是否合适：

式中，N是像素点总数，L是灰度级数，P_i是密度函数，n_i是第i级灰度内的像素点总数；首先计算k从1到L内所有的直到取得最大值，即为二值化划分的阈值；

s1.5、通过领域搜索方法，即可在二值化的像素矩阵中搜索出块石轮廓坐标，获取二维数字化的块石轮廓2e；

重复步骤s1.1-s1.5操作，得到一批二维数字化的块石轮廓，构建堆积体特征库；

s3、建立块石库，

将堆积体特征库内的块石轮廓调出，对其轮廓上的点坐标及块石的原始粒径一一进行存储，建立块石库；

s4、建立土石混合体模型，

依据勘察资料提供的堆积体范围大小，采用投石机理构建堆积体的真实计算模型；

s5、土石混合体模型的分析计算，

将步骤s4中的真实计算模型数据转化为图形交互文件，构建岩土材料的模型数据，并进行堆积体边坡数值计算。

2.根据权利要求1所述的采用投石机理的堆积体边坡数值计算模型建立方法，其特征在于：步骤s3中，对任一块石，取等面积圆的直径作为粒径：

式中，A为块石的面积，d为块石的粒径；

其中，在建立块石库时，将所有块石轮廓的形状中心O移动到坐标原点，并以原点为中心缩放轮廓至粒径为1，计算方法如下：

式中，(x_i,y_i)为块石轮廓上任意一点的坐标，n为点的总个数，(x_O,y_O)为形状中心的坐标，(x’_i,y’_i)为缩放后的点的坐标，η为放大或缩放的系数，η＝1/d。

3.根据权利要求1所述的采用投石机理的堆积体边坡数值计算模型建立方法，其特征在于：步骤s4中，

首先，按照指定级配曲线和含石量的要求，设置粒径限值，从块石库中选取块石形状进行放大或缩小，直至固定粒径d；

接着，在一定区域内进行块石的随机投放，当从块石库中选取的块石全部投放成功，则投放终止，视为投放区域达到预定的含石量，即完成土石混合体模型的建立，而未被块石覆盖的区域作为土体。