羅偉,王優(yōu),張帥浩,程肖,黃姍,榮耀
土石混合體隨機(jī)結(jié)構(gòu)模型生成與直剪強(qiáng)度數(shù)值試驗(yàn)研究
羅偉1, 2,王優(yōu)3,張帥浩3,程肖3,黃姍3,榮耀2
(1. 華東交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院,江西 南昌 330013;2. 江西省交通科學(xué)研究院,江西 南昌 330200;3. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410075)
為獲取土石混合體力學(xué)數(shù)值試驗(yàn)的樣本,提出基于AutoCAD二次開(kāi)發(fā)的土石混合體隨機(jī)結(jié)構(gòu)模型生成方法。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)提取塊石輪廓和尺寸數(shù)字信息,并將其存儲(chǔ)為可供AutoCAD讀取的腳本文件格式,得到可供縮放的AutoCAD圖形交互文件。利用AutoCAD強(qiáng)大的塊處理功能進(jìn)行VBA編程建塊,以及AutoCAD軟件平臺(tái)具有的相交和內(nèi)含快速判別功能,實(shí)現(xiàn)了土石混合體中塊石的高效率投放和土石混合體數(shù)值模型建立。針對(duì)某一土石混合體級(jí)配曲線進(jìn)行直剪數(shù)值試驗(yàn),驗(yàn)證了本文方法的有效性。試驗(yàn)結(jié)果表明:土石混合體材料在初始階段存在明顯的“繞石效應(yīng)”,在塑性剪切應(yīng)變逐步擴(kuò)展至貫通過(guò)程中,土石混合體逐步出現(xiàn)塑性變形而發(fā)生剪切破壞。
土石混合體;數(shù)字圖像處理;塊石投放;隨機(jī)結(jié)構(gòu)模型;直接剪切強(qiáng)度;數(shù)值試驗(yàn)
巖土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與力學(xué)性質(zhì)分析一直是巖土工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別從多個(gè)層面開(kāi)展了一系列研究[1?4]。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù),尤其是數(shù)字圖像處理技術(shù)[5]的發(fā)展,為學(xué)者在巖土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)定量分析方面提供了一種新的研究思路。Tovey等[6]基于數(shù)字圖像處理技術(shù),開(kāi)發(fā)了一種土體微結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng),根據(jù)不同類型土體的掃描圖像,對(duì)土體的微觀結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行定量分析,并得到了一些有價(jià)值的結(jié)論。在土石混合體研究方面,徐文杰等[7?9]采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)土石混合體的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征與力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行了定量分析。數(shù)字圖像處理技術(shù)在巖土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的定量研究中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。大尺度的直剪試驗(yàn)研究結(jié)果表明[8],土石混合體的內(nèi)部塊石含量及塊體特征,在很大程度上控制了其變形和破壞模式。獲取隨機(jī)塊石圖形交互文件,是一個(gè)涉及多學(xué)科、極為復(fù)雜的過(guò)程,主要有2種思路。一種是通過(guò)數(shù)字圖像處理獲得單顆粒塊石信息錄入塊石庫(kù),然后通過(guò)數(shù)值投放獲得圖形交互文件。基于此思想,油新華[10]采用規(guī)則幾何體圓形隨機(jī)生成了土石混合體的二維結(jié)構(gòu),Graziani等[11]使用基于規(guī)則形狀巖石塊(如:圓形,三角形,矩形等)對(duì)二維土石混合體隨機(jī)模型進(jìn)行了一系列的數(shù)值模擬,這雖使工作量減小,但與實(shí)際情況存在較大差異;WANG等[12]提出“提取與放置”(take and place)的方法,即提取一個(gè)多邊形,通過(guò)判斷輪廓上的點(diǎn)是否位于其他多邊形內(nèi)以達(dá)到判別塊體間是否出現(xiàn)相交和內(nèi)含的目的。但由于輪廓上的已知點(diǎn)數(shù)有限,所以此法不能保證將所有相交情況囊括在內(nèi),且所取點(diǎn)越多,結(jié)果越精確,這無(wú)疑會(huì)大大增加計(jì)算量,因此,此方法有待進(jìn)一步改進(jìn)。第2種思路是通過(guò)對(duì)土石混合體斷面進(jìn)行圖像處理直接獲得相應(yīng)的圖形交互文件。徐文杰等[13]采取此法雖使得塊石的形狀由規(guī)則可以變得不規(guī)則,但由于其相交判斷法則的局限性使得最后投放的塊體只能為凸多邊形,尚未準(zhǔn)確描述實(shí)際塊石的形狀?;诖?,本文采取上述第1種思路,編制MATLAB程序?qū)ε臄z的單個(gè)顆粒塊石圖片進(jìn)行二值化、降噪處理,提取像素點(diǎn)坐標(biāo),并將其轉(zhuǎn)化為塊石輪廓的離散點(diǎn)坐標(biāo)。隨后求解塊石中心點(diǎn)坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的“極徑”,并將塊石數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)寫成AutoCAD可以讀取的形式。然后,基于AutoCAD中強(qiáng)大的塊處理功能,在二次開(kāi)發(fā)環(huán)境VBA中編制相關(guān)程序[14]來(lái)實(shí)現(xiàn)建塊過(guò)程,并對(duì)塊石進(jìn)行縮放。最后根據(jù)MATLAB中計(jì)算出的每類塊石的投放數(shù)目,在AutoCAD中實(shí)現(xiàn)投放。由于在AutoCAD里可以方便準(zhǔn)確地判斷塊體是否相交和內(nèi)含,解決了投放時(shí)遇到的最大問(wèn)題,因而極大提高了投放的效率。投放結(jié)束后生成圖形交互文件,方便土石混合體數(shù)值模型的建立。另外,本文針對(duì)某一土石混合體級(jí)配曲線進(jìn)行試驗(yàn),得到的投放結(jié)果應(yīng)用于直剪數(shù)值實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了此法的有效性。
數(shù)字圖像,即二維圖像用有限數(shù)值的像素來(lái)表示。在灰度圖像中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)整數(shù)值,稱為灰度值。常見(jiàn)的有二值化和256色,其對(duì)應(yīng)的灰度值分別為0~1和0~255。灰度值的不同表征了圖像所包含的信息不同,這些離散的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值構(gòu)成了數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)。本文以對(duì)單顆粒塊石拍攝數(shù)字圖像的方式獲得塊石可視圖像,通過(guò)編制MATLAB程序,將可視圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像并對(duì)其進(jìn)行降噪處理,然后提取像素點(diǎn)坐標(biāo),得到塊石輪廓的離散點(diǎn)坐標(biāo),將塊石輪廓線信息寫入Excel表格,將其導(dǎo)入VBA中的blockbuilding程序,便可得到一個(gè)整體的塊石圖塊。
在塊石圖像預(yù)處理過(guò)程中,首先在彩色圖像上進(jìn)行處理,通過(guò)去掉背景來(lái)去除噪聲和部分陰影的影響。然后對(duì)圖像進(jìn)行高斯模糊,高斯模糊的主要功能是把某一高斯曲線附近的像素值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)加權(quán)得到該曲線的像素值,便于得到物體輪廓。根據(jù)多次調(diào)試,模糊半徑取15個(gè)像素時(shí)獲得的塊石輪廓最為清晰。MATLAB程序中的二值化主要是通過(guò)自動(dòng)選取圖像分割閾值的方法來(lái)實(shí)現(xiàn),最終可將圖像分割為目標(biāo)和背景。最后對(duì)二值化后圖像中的目標(biāo)進(jìn)行顆粒分析,提取其輪廓線和尺寸信息,并將其存儲(chǔ)到可供AutoCAD讀取的腳本文件格式,讀入AutoCAD得到圖形交互文件,如圖1所示。
為獲取塊石實(shí)際尺寸,在拍照過(guò)程中加入“標(biāo)定塊”(本文中取1 cm×1 cm),其像素面積為2 383,實(shí)際面積為1 cm2,據(jù)此可推算其他塊體面積,計(jì)算結(jié)果如表1所示。
(a) 原始?jí)K石圖像;(b) 去背景處理后塊石圖像;(c) 高斯模糊處理后塊石圖像;(d) 二值化處理后塊石圖像;(e) 塊石輪廓線;(f) 塊石圖形交互文件(AutoCAD)
表1 塊石像素面積與實(shí)際面積
AutoCAD中的圖塊是一組圖形實(shí)體的總稱,在應(yīng)用的過(guò)程中,圖塊是一個(gè)獨(dú)立的對(duì)象。可以根據(jù)需要通過(guò)縮放圖塊和調(diào)整圖塊角度將其插入到區(qū)域中的任一位置。
將塊石的實(shí)體寫入圖塊,能夠?qū)⒚總€(gè)塊石視為一個(gè)獨(dú)立完整的對(duì)象,而不僅僅是多條多段線或多個(gè)三角面。并且塊石創(chuàng)建圖塊后,能夠便捷地實(shí)現(xiàn)塊石的投放(將圖塊插入到任一指定位置),輔以相應(yīng)的相交內(nèi)含判斷準(zhǔn)則便能夠?qū)崿F(xiàn)土石混合體模型的構(gòu)建。而塊石的大小和主軸的方向均可在圖塊插入時(shí)定量控制。
在對(duì)多邊形塊石形態(tài)分析之后,多邊形塊石的所有頂點(diǎn)坐標(biāo),將從局部坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為全局坐標(biāo),進(jìn)行塊石的投放。該過(guò)程的實(shí)現(xiàn)在已有文獻(xiàn)[12]大多采用“提取與放置”(take and place)的方法,即提取一個(gè)塊石,并將其隨機(jī)放置于虛擬試件(全局坐標(biāo)系)中的某一位置。這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)往往伴隨著較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間,投放效率較低,且從理論上不能完全避免塊石的重疊。
基于此,本文塊石的投放是通過(guò)在AutoCAD二次開(kāi)發(fā)環(huán)境VBA中編制相關(guān)程序來(lái)實(shí)現(xiàn),Auto CAD具有強(qiáng)大的塊處理功能,從理論上保證了塊石不發(fā)生重疊。具體步驟如下:
1) 根據(jù)塊石的粒徑確定塊石種類,然后由含石量、塊石中心點(diǎn)的位置范圍以及每種塊石的級(jí)配系數(shù)等參數(shù)得到每一種塊石所需投放的數(shù)目及面積;
2) 使用上述數(shù)字圖像處理的方法得到一批符合要求的石頭;
3) 將塊石輪廓上散點(diǎn)的坐標(biāo)寫入Excel文件并導(dǎo)入VBA中,完成塊的創(chuàng)建;
4) 將每種塊石的信息寫入取石報(bào)告中,運(yùn)行VBA程序便可以實(shí)現(xiàn)塊石的隨機(jī)投放。
由于較大粒徑的塊石更容易和已經(jīng)存在的其他塊石發(fā)生重疊,因此,在實(shí)際操作中,總是根據(jù)塊石級(jí)配曲線,優(yōu)先投放較大粒徑的塊石。塊石投放實(shí)現(xiàn)流程圖如圖2所示。
圖2 塊石投放流程圖
圖3 塊石相交情形圖示
在塊石相交判斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行塊石內(nèi)含判斷,塊石內(nèi)含情形如圖4所示。運(yùn)用AutoCAD內(nèi)置的GetBoundingBox函數(shù)得到塊石邊框的最大、最小點(diǎn)坐標(biāo)值,如圖5所示。若2塊石沒(méi)有相交,且max2
圖4 塊石內(nèi)含情形圖示
圖5 塊石內(nèi)含判定圖示
由于本文真實(shí)塊石來(lái)源為道砟,因此所取顆粒的粒徑集中分布于一個(gè)較窄的區(qū)間內(nèi),這與自然界中的實(shí)際情況不符,所以需要對(duì)塊石進(jìn)行縮放以符合級(jí)配要求。
圖6 不同級(jí)配的塊石粒徑曲線
自然情況下,石頭粒徑分布范圍很廣。本文通過(guò)拍照獲得的塊體粒徑往往相差較小,投放時(shí)會(huì)與真實(shí)情況不符,因此在根據(jù)一條級(jí)配曲線進(jìn)行數(shù)值投放時(shí)需要對(duì)塊體進(jìn)行縮放以讓投放結(jié)果盡可能接近實(shí)際情況。對(duì)某一條具體的級(jí)配曲線,可以先將粒徑等間距地分為若干段,然后計(jì)算每一段的平均值,接著根據(jù)前述已經(jīng)處理的塊石粒徑的均值,以兩者之比作為縮放比例。通常,縮放的思路如下:將平面塊體劃分為以原點(diǎn)為公共頂點(diǎn)的三角形,然后求出每個(gè)三角形的形心坐標(biāo)和面積,最后便可得出整個(gè)塊體的形心位置。為檢驗(yàn)投放效果,本文選取了3條級(jí)配曲線如圖6所示。圖7為對(duì)應(yīng)的投放結(jié)果,3個(gè)模型的含石量均為40%。
(a) 級(jí)配1;(b) 級(jí)配2;(c) 級(jí)配3
在得到塊石投放的交互文件后,我們便可根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)。在塊石邊緣輪廓線提取過(guò)程中,為保證識(shí)別精度,塊石邊緣由大量像素點(diǎn)連接構(gòu)成,在網(wǎng)格劃分時(shí)每一個(gè)像素點(diǎn)將對(duì)應(yīng)網(wǎng)格模型的一個(gè)節(jié)點(diǎn),這勢(shì)必將導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)量急劇增加,使得數(shù)值試驗(yàn)效率降低,甚至失敗。即便在經(jīng)過(guò)前述的高斯模糊處理后每個(gè)塊石上仍有1 000多個(gè)點(diǎn)。
圖8(a)為邊緣未簡(jiǎn)化情況下對(duì)塊石直接進(jìn)行網(wǎng)格劃分,在劃分過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)該塊石輪廓線由1 233條線段組成,劃分完成后發(fā)現(xiàn)該塊石單元數(shù)量為35 855,節(jié)點(diǎn)數(shù)目為36 469,單個(gè)塊石像素點(diǎn)數(shù)目如此龐大,當(dāng)模型塊石含量較多時(shí),很難開(kāi)展相應(yīng)的數(shù)值試驗(yàn)。所以對(duì)塊石邊緣像素點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化顯得極為必要。本文通過(guò)編制相應(yīng)的MATLAB程序,有效減少了塊石邊緣輪廓線像素點(diǎn)。主要思想是利用插值,即計(jì)算出各輪廓點(diǎn)相對(duì)于形心的坐標(biāo)然后在0到2π內(nèi)以一定步長(zhǎng)進(jìn)行極徑的插值,這樣就能在保持塊體原有特征的前提下,縮減輪廓點(diǎn)個(gè)數(shù)。對(duì)邊緣輪廓線像素點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化,雖然可能會(huì)使得塊石識(shí)別精度有所降低,卻大大提高了建模效率,同時(shí)也使得包含大量塊石的數(shù)值模型試驗(yàn)成為可能。在有效保證識(shí)別精度的前提下,經(jīng)過(guò)多次嘗試將塊石輪廓線上的像素點(diǎn)數(shù)目降至36個(gè),以保證建模及數(shù)值試驗(yàn)效率。
添加邊緣簡(jiǎn)化程序后塊石網(wǎng)格劃分如圖8(b)所示,該塊石單元數(shù)量為126個(gè),節(jié)點(diǎn)數(shù)目為75個(gè)。圖9為對(duì)邊緣像素點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化后的塊石在100 cm×50 cm的區(qū)域內(nèi)某次的投放效果圖。
(a) 未簡(jiǎn)化;(b) 簡(jiǎn)化
為了模擬土石混合體這類特殊地質(zhì)體在外荷載作用下的變形破壞特征,本文將運(yùn)用有限差分軟件FLAC3D對(duì)上述建立的土石混合體模型進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)[15]。
圖9 邊緣簡(jiǎn)化塊石某次投放結(jié)果矢量圖
3.2.1 幾何模型
圖10所示為截取出的土石混合體剪切計(jì)算模型及網(wǎng)格模型,網(wǎng)格在劃分時(shí)采用四節(jié)點(diǎn)四邊形單元,劃分完成后再延縱向(垂直紙面方向)拉伸一個(gè)單元長(zhǎng)度,形成三維網(wǎng)格模型(假三維),該模型對(duì)應(yīng)的單元數(shù)量為95 460,節(jié)點(diǎn)總數(shù)為49 917。
(a) 直剪試驗(yàn)計(jì)算模型;(b) 土石混合體網(wǎng)格模型
3.2.2 邊界條件
計(jì)算中模型邊界條件為:模型底部為縱向、橫向及法向全約束;模型下半部分兩側(cè)進(jìn)行橫向約束;在模型上半部分左側(cè)施加了一定的位移荷載;在模型的頂部施加相應(yīng)的法向荷載,如圖10(a)所示。土石混合體試樣與剪切盒之間用接觸面模擬。按照作用機(jī)理,F(xiàn)LAC3D中包含3種不同類型的接觸面,分別是黏性接觸面、滑動(dòng)性黏結(jié)接觸面和庫(kù)倫滑移接觸面,按照工程實(shí)際中土石接觸情況,我們選取庫(kù)倫滑移接觸面來(lái)進(jìn)行研究。庫(kù)倫滑動(dòng)接觸面是一種僅有完好和破壞2種對(duì)立狀態(tài)的黏性接觸面。發(fā)生破壞時(shí),接觸面單元的力學(xué)行為由內(nèi)摩擦角、黏聚力和接觸剛度決定,黏結(jié)強(qiáng)度在沒(méi)有設(shè)定時(shí)其值默認(rèn)為0,破壞后的黏結(jié)單元不能承受拉 應(yīng)力。
庫(kù)倫剪切強(qiáng)度的表達(dá)式如下:
式中:為接觸面表面的黏聚力;為接觸面表面內(nèi)摩擦角;為接觸面面積;F為接觸面的法向力;為孔隙水壓力。本文中不考慮水的作用,即設(shè)置0。界面強(qiáng)度參數(shù)如表2所示。
表2 界面強(qiáng)度參數(shù)取值表
3.2.3 材料參數(shù)
本文基于已有文獻(xiàn)[16?17],確定了土體和塊石參數(shù)取值,如表3所示。
表3 土石混合體計(jì)算參數(shù)
3.2.4 結(jié)果分析
在剪切試驗(yàn)過(guò)程中土體及塊石均采用摩爾?庫(kù)倫本構(gòu)模型。為便于對(duì)比分析,對(duì)均質(zhì)土體及土石混合體同時(shí)進(jìn)行直剪試驗(yàn)。
從圖11和圖12可以看出,均質(zhì)土體的剪切帶是一條規(guī)則的直線,土石混合體的剪切帶則較為寬厚和曲折,且模型內(nèi)部塑性區(qū)具有明顯的“繞石效應(yīng)”,即塑性區(qū)繞開(kāi)石頭延伸。
(a) 級(jí)配1;(b) 級(jí)配2;(c) 級(jí)配3
圖12 均質(zhì)土體剪切試驗(yàn)結(jié)果
通過(guò)在接觸面上設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)獲取剪切過(guò)程中的位移和應(yīng)力。以模型的左下角為原點(diǎn),監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(20,25),(40,25),(60,25),(80,25)(單位:cm),最終的位移和應(yīng)力值為4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均值。實(shí)驗(yàn)所得剪切應(yīng)力和剪切位移關(guān)系曲線見(jiàn)圖13。
在剪切的初始階段,土石混合體和均質(zhì)土體的剪切曲線幾乎是直線,表明兩者皆處于彈性階段,但土石混合體的直線斜率較大,說(shuō)明土石混合體的抗剪強(qiáng)度較大。土石混合體和均質(zhì)土體的剪切曲線在經(jīng)歷直線段后變化緩和,進(jìn)入塑性屈服階段,并逐漸達(dá)到峰值強(qiáng)度,隨后開(kāi)始下降,并逐漸達(dá)到相應(yīng)的殘余強(qiáng)度。在整個(gè)剪切過(guò)程中,土石混合體的剪切曲線整體在均質(zhì)土體之上,說(shuō)明土石混合體的抗剪強(qiáng)度由于塊石的存在而得到了提升。在相同的含石量下,不同級(jí)配對(duì)土石混合體的剪切特性均有較大影響。
圖13 剪切應(yīng)力隨剪切位移的變化曲線
1) 本文沒(méi)有考慮塊石與塊石之間直接接觸。雖然塊石分離與塊石接觸的投放判斷過(guò)程有較大差異,且塊石接觸有點(diǎn)點(diǎn)接觸、點(diǎn)線接觸、線線接觸,情況更為復(fù)雜,但按照本文研究思路可以構(gòu)建考慮塊石接觸的數(shù)值模型。塊石與塊石接觸對(duì)土石混合體的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生的影響將在后續(xù)工作中開(kāi)展。
2) 采用本文思路可實(shí)現(xiàn)真三維數(shù)值分析模型的構(gòu)建,其中如何實(shí)現(xiàn)三維塊石輪廓重構(gòu)及三維塊石相交判定是研究的難點(diǎn)。目前,基于多視幾何方法,通過(guò)對(duì)三維塊石多個(gè)面拍照,實(shí)現(xiàn)照片對(duì)塊石實(shí)體全覆蓋。對(duì)照片進(jìn)行特征點(diǎn)提取及配準(zhǔn),重建出多個(gè)三維空間點(diǎn),從而可以構(gòu)建出塊石的三維網(wǎng)格。另外,在塊石相交判定方面,雖然判定原理相似,由于構(gòu)成三維塊石的基本元素相比二維塊石更為龐大,因此其實(shí)現(xiàn)過(guò)程也更為復(fù)雜。
1) 通過(guò)數(shù)字圖像處理技術(shù)可以提取到塊石輪廓上的點(diǎn),再通過(guò)MATLAB編程將坐標(biāo)寫成AutoCAD可以讀取的格式,從而實(shí)現(xiàn)建塊及投放過(guò)程。
2) 利用AutoCAD的內(nèi)置函數(shù)編制的相交及內(nèi)含判定程序原理較為完善,因此可以獲得較理想的投放結(jié)果。
3) 非均質(zhì)的土石混合體以及均質(zhì)土體的直剪數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明,均質(zhì)土體的剪切帶是一條規(guī)則的直線,土石混合體的剪切帶則較為寬厚和曲折,且樣本內(nèi)部塑性區(qū)具有明顯的“繞石效應(yīng)”。
4) 在含石量相同的情況下,級(jí)配對(duì)土石混合體的塑性區(qū)擴(kuò)展及剪切特性均有較大的影響。
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A method for generating random structure model of soil-rock mixtures and study of its direct shear strength based on numerical test
LUO Wei1, 2, WANG You3, ZHANG Shuaihao3, CHENG Xiao3, HUANG Shan3, RONG Yao2
(1. School of Civil Engineering and Architecture, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China; 2. Jiangxi Transportation Institute, Nanchang 330200, China; 3. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)
In order to obtain samples of the numerical mechanics tests of soil-rock mixtures, a method for generating random structural model of soil-rock mixtures was proposed based on the secondary development of AutoCAD. The contour and size information of multi rock blocks were extracted using the digital image processing technology. It was stored as a script file format for AutoCAD read, and a scalable AutoCAD graphic interactive file was obtained. Blocks were built by VBA programming based on the powerful block processing function of AutoCAD. The high efficiency distribution of rock blocks and the establishment of the numerical model of the soil-rock mixture were achieved by using the intersecting fast distinguishing function of the AutoCAD software platform. Direct shear numerical tests on a gradation curve verify the effectiveness of the proposed method. Shear failure tests of the soil-rock mixtures show that there is an obvious “rock-around effect” in the initial stage of the soil-rock mixtures. During the gradual expansion of the plastic shear strain, the soil-rock mixtures appear plastic deformation and eventually failures.
soil-rock mixtures; digital image processing; distribution of block stones; random structural model; direct shear strength; numerical test
TU457
A
1672 ? 7029(2019)07? 1681 ? 09
10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.07.11
2018?10?10
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51878668);貴州省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目(2017123033);江西省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目(2016C0058,2016C0007)
羅偉(1986?),男,江西東鄉(xiāng)人,博士,從事道路與鐵道工程、巖土構(gòu)筑物穩(wěn)定性分析;E?mail:luoweicsu@126.com
(編輯 涂鵬)