CN111257425A - 基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统 - Google Patents

基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统,属于地质勘察与测量技术领域,解决了现有技术中无法实现对岩土体内部软弱结构面的成像探测及稳定性评估的问题。一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法,包括以下步骤:使用不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像;获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征;获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像,并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征;根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性。实现了对岩土体内部软弱结构面的成像探测及稳定性评估。

Description

基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统
技术领域
本发明涉及地质勘察与测量技术领域,尤其是涉及一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统。
背景技术
在岩土地质工程、水利水电工程、石油勘探工程和地质灾害防治等诸多方面,往往需要了解地下岩体的形态结构特征。由于岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用,而岩体中的软弱结构面常常成为决定岩体稳定性的控制面;例如在大坝坝肩抗滑稳定性分析中,软弱结构面的确定是判定坝肩岩体抗滑稳定性的关键。因此,对岩土软弱结构特征的分析研究是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据,对于地下勘探、工程设计与施工等具有重要的实际意义。
近些年来,随着超声技术、激光技术、计算机技术以及图像处理技术等先进技术的蓬勃发展,各种便携式探测技术取得了较快的发展;地质雷达、电磁波CT、钻孔摄像等技术手段极大地方便了工程地质的勘察应用;现有技术中对岩土体内部软弱结构面的成像探测、可视化以及稳定性评估仍无较好的方法。
发明内容
本发明的目的在于至少克服上述一种技术不足,提出一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统。
一方面,本发明提供了一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法,包括以下步骤:
使用不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像;
根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征;
获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像,并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征;
根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性。
进一步地,所述基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法还包括,将超声探头压紧到的岩土软弱结构观测区域中,使超声探头发出不同频率超声波。
进一步地,根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征,具体包括,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像的整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,以所述整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,作为不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征。
进一步地,根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征,具体包括,根据所述差值图像得非零像素点的空间分布,根据非零像素点之间的距离和实际观测位置的对应坐标关系,确定差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,根据差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,获取差值图像各个非零像素点位置的法向量。
进一步地,根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性,具体包括,若差值图像各个非零像素点位置法向量的和与超声扫描图像中光斑条纹的主法向量的夹角不超过超声探头观测时偏转角时,则判定观测区域软弱结构面处于稳定状态,否则,则判定观测区域软弱结构面处于不稳定状态。
另一方面,本发明还提供了一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估系统,包括超声扫描成像仪、反射衰减特征获取模块、渐变特征获取模块和软弱结构面稳定性评估模块;
所述超声扫描成像仪,利用超声探头发出不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像;
所述反射衰减特征获取模块,用于根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征;
所述渐变特征获取模块,用于获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像,并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征;
所述软弱结构面稳定性评估模块,用于根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性。
进一步地,所述反射衰减特征获取模块,根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征,具体包括,根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征,具体包括,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像的整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,以所述整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,作为不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征。
进一步地,所述渐变特征获取模块,根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征,具体包括,根据所述差值图像得非零像素点的空间分布,根据非零像素点之间的距离和实际观测位置的对应坐标关系,确定差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,根据差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,获取差值图像各个非零像素点位置的法向量。
进一步地,所述软弱结构面稳定性评估模块,根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性,具体包括,若差值图像各个非零像素点位置法向量的和与超声扫描图像中光斑条纹的主法向量的夹角不超过超声探头观测时偏转角时,则判定观测区域软弱结构面处于稳定状态,否则,则判定观测区域软弱结构面处于不稳定状态。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:通过使用不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像;根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征;获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像,并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征;根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性;实现了对岩土体内部软弱结构面的成像探测及稳定性评估。
附图说明
图1是本发明实施例1所述的基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法的流程示意图;
图2是本发明实施例1所述的使用相控阵超声探头观测软弱结构面内部结构的示意图;
图3是本发明实施例1所述的相控阵超声探头发出的不同频率超声波的示意图;
图4-6分别是本发明实施例1所述的低、中、高三个频率超声波获取软弱结构的超声扫描图像示意图;
图7是本发明实施例1所述的不同频率下超声扫描图像的反射衰减特征的统计分布示意图;
图8是本发明实施例1所述的5MHz与2MHz超声波条件下对应的差值图像示意图;
图9是本发明实施例1所述的12MHz与5MHz超声波条件下对应的差值图像示意图;
图10是本发明实施例1所述的2MHz与2MHz超声波的差值图像条件下对应的差值图像示意图;
图11是本发明实施例1所述的5MHz与2MHz超声波对应差值图像的渐变特征示意图;
图12是本发明实施例1所述的5MHz与2MHz超声波对应差值图像中渐变特征法向量的统计结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供了一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法,其流程的示意图,如图1所示,所述方法包括以下步骤:
使用不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像;
根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征;
获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像,并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征;
根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性。
需要说明的是,由于软弱结构面的性质较弱,并在岩层中具有一定厚度,一般是由原生沉积、火山碎屑、沉积变质、层间错动、断裂破碎、次生充填、地下水泥化等因素的影响下形成的岩层中的层状或带状软弱薄层,其厚度较于相邻岩层较薄,整体的力学强度、变形模量、饱和抗压强度都很低,部分软弱结构面遇水会发生崩解;
利用超声波会在软弱结构面交界区产生较大回波为基本原理,根据超声扫描仪发出的阵列超声波会在软弱结构面区出现相对较强的反射衰减而呈现的光斑条纹,来判定软弱结构面,并识别软弱结构面的边界及其内部结构特征,然后,改变超声扫描成像仪中发射出的超声波频率,并进行同样的超声扫描成像实验,得到软弱结构面中同一位置不同超声波频率的超声扫描图像,并经过图像处理后,得到各自的软弱结构面超声成像特征图;
根据多个软弱结构面超声成像特征图来对比分析软弱结构面的软弱组织结构特征,判定软弱结构面的稳定性参数,从而评估岩土结构的稳定性。
优选的,还包括,将超声探头压紧到的岩土软弱结构观测区域中,使超声探头发出不同频率超声波。
需要说明的是,将超声扫描成像仪的相控阵超声探头压紧埋入岩体中的软弱结构面区域内,即可实现岩体内部软弱结构组织的透射成像和聚焦成像,进而得到软弱结构面的超声扫描图像;
一个具体实施例中,根据测试对象的现场环境和实际工程的测试要求,在有水环境中,通过把相控阵超声探头侵入到测试对象的软弱结构区域中,或通过固定装置压紧到指定区域来进行扫描超声扫描成像;在潮湿或少水无水环境中,则需要在相控阵超声探头的接触区域及其周围涂上耦合剂再进行超声扫描成像试验;因此,当使用超声扫描成像仪来观测岩土体软弱结构及内部异常区域时,尽量在相控阵超声探头和接触表面在涂上足够多的耦合剂之后,然后紧压在观测区域,并获取观测区域软弱结构的超声扫描图像;使用相控阵超声探头观测软弱结构面内部结构的示意图,图2所示;
根据超声扫描成像仪的工作原理,超声扫描成像仪可以对岩土内部结构直接进行实时成像,并能够获取大量的超声透射图像,因此调整超声扫描成像仪的超声波频率并更换相控阵探头角度,分别采用不同角度下相控阵超声探头的低频率超声波,来获取探测观测区域内软弱结构面的超声扫描图像,比如采用超声波频率为2MHz,相控阵探头角度为正对面0度方向;
采用相控阵超声探头的中频率超声波,来获取探测观测区域内软弱结构面的超声扫描图像,比如采用超声波频率为5MHz,相控阵探头角度为正对面偏左或偏上45度方向,相控阵超声探头发出的不同频率超声波的示意图,如图3所示;
采用相控阵超声探头的高频率超声波,来获取探测观测区域内软弱结构面的超声扫描图像,比如采用超声波频率为12MHz,相控阵探头角度为正对面偏右或偏下45度方向;最终获取软弱结构面区域内低、中、高三个频率获取软弱结构的超声扫描图像,并进行相关图像数据保存与管理,低、中、高三个频率超声波获取软弱结构的超声扫描图像示意图,如图4-6所示,其中图4-6分别对应频率2MHz、5MHz、12MHz的超声波;
优选的,根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征,具体包括,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像的整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,以所述整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,作为不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征。
需要说明的是,超声波在岩土介质中传播时,随着距离的增加,由于岩体介质颗粒的散射吸收和界面反射,超声波向前传输的能量会逐渐衰减变小;超声波频率越低,超声波的穿透性就越好,但超声波的波长变长,分辨率变差;反之频率越高,超声波波束的指向性越好,分辨率也越高,但超声波衰减也随之增强,使有效测量深度减少;因此,超声扫描成像仪产生的低、中、高三种频率超声波的反射衰减强度会随着软弱结构面内部介质颗粒的不断散射、反射、吸收而衰减,进而最终得到软弱结构面内部结构特征的超声扫描图像;在同一前提条件下,该图像软弱结构面特征区域的整体明暗程度代表了超声波最终衰减的程度,并且软弱结构面特征区域的超声成像光斑条纹的分布情况也反映了超声波在软弱结构面内部不断反射衰减的过程;
统计分析每个频率下超声扫描图像的整体明暗程度、光斑条纹的边界和超声成像光斑条纹的分布情况,来代表不同频率超声波在同一软弱结构面下的反射衰减特征,即可用超声扫描图像中软弱结构面区域的像素均值来代表不同频率下超声扫描图像中的反射衰减程度,用超声扫描图像中软弱结构面区域的灰度直方图来代表软弱结构面内部特征的统计分布情况;如图7所示,为不同频率下超声扫描图像的反射衰减特征的统计分布示意图,从左至右分别对应2MHz、5MHz、12MHz;
一个具体实施例中,需要分别计算不同频率不同角度下超声扫描图像的差值图像;
由于不同频率的超声波对不同介质的反射衰减情况存在一定的差异,而这种差异正好可以反映出软弱结构面内部组织结构的多样性和差异性;这样多样性和差异性正好与软弱结构面的稳定性紧密相关;因此,利用这种内部结构的多样性和差异性来反映软弱结构面内部结构的不稳定性,即采用不同频率下超声扫描图像的差图像来反映这种变化;另外,不同角度下超声扫描图像正好可以多角度全方位的反映出观测区域软弱结构面内部结构的变化情况,继而可以反映出观测区域软弱结构面的稳定性;所以,分别计算不同频率不同角度下超声扫描图像的差值图像,并统计分析差值图像的变化特征,来反映软弱结构面内部组织结构的变化情况,进而反映其他内部结构的稳定性;5MHz与2MHz超声波条件下对应的差值图像示意图,如图8所示,12MHz与5MHz超声波条件下对应的差值图像示意图,如图9所示,12MHz与2MHz超声波的差值图像条件下对应的差值图像示意图,如图10所示;
优选的,根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征,具体包括,根据所述差值图像得非零像素点的空间分布,根据非零像素点之间的距离和实际观测位置的对应坐标关系,确定差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,根据差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,确定差值图像中非零像素点的渐变情况,根据所述渐变情况,获取差值图像各个非零像素点位置的法向量;
所述非零像素点的像素值的大小和位置和法向量即为差值图像的渐变特征;
具体实施时,针对不同频率不同角度下超声扫描图像的差值图像,获取差值图像中非零像素点的空间分布情况,非零(区域的)像素变化在一定程度上反映了观测区域软弱结构面内部组织结构的空间分布情况,可进行转换对应的坐标关系,把非零区域像素变化情况转化到观测区域软弱结构面实际的对应位置中去,定位定性分析软弱结构面区域的内部组织结构情况;根据非零像素点距离与实际观测位置的对应坐标关系,确定差值图像中非零像素点具体位置的像素值大小和位置;通过每个具体位置的渐变情况,最后获取出差值图像每个位置的法向量;5MHz与2MHz超声波对应差值图像的渐变特征示意图,如图11所示;
优选的,根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性,具体包括,若差值图像各个非零像素点位置法向量的和与超声扫描图像中光斑条纹的主法向量的夹角不超过超声探头观测时偏转角时,则判定观测区域软弱结构面处于稳定状态,否则,则判定观测区域软弱结构面处于不稳定状态。
需要说明的是,由于软弱结构面内部组织结构在不同频率超声波的反射衰减下会呈现出一定的差异变化,这种差异变化可以反映出软弱结构面内部组织结构的变化区域;因此,差值图像中每个非零像素点位置的渐变特征的法向量能够反映出软弱结构面内部组织结构受超声波照射后的变化趋势,进而反映出软弱结构面的稳定性变化情况;于是,统计分析差值图像中每个位置法向量的总体变化情况来反映整个软弱结构面区域收超声波照射之后的稳定性参数;然后,再结合超声扫描图像中软弱结构面的整体反射衰减程度来判定软弱结构面的稳定性特征;5MHz与2MHz超声波对应差值图像中渐变特征法向量的统计结果,如图12所示;
因此,本发明一个具体实施例中,根据差值图像中(主要区域)渐变特征的法向量和,并结合超声扫描图像中超声波反射衰减的光斑条纹主法向量及整体灰度值的统计变化情况来进行综合评估稳定性,于是,根据反射衰减特征和渐变特征来评估软弱结构面稳定性的主要包括:
(1)当差值图像中渐变特征(差值图像中渐变特征的法向量和)为0或者几乎为0,可以忽略不计时,判定该区域(实际观测区域)软弱结构面处于非常稳定的状态。
(2)当差值图像中渐变特征不为0,但差值图像中渐变特征的法向量和与超声扫描图像中光斑条纹的主法向量的夹角不超过相控阵超声探头观测时偏转角时,判定该区域软弱结构面处于相对稳定的状态。
(3)当差值图像中渐变特征不为0,并且差值图像中渐变特征的法向量和与超声扫描图像中光斑条纹的主法向量的夹角超过相控阵超声探头观测时偏转角时,判定该软弱结构面处于不稳定的状态,容易发生滑坡塌陷的可能性较大;后续需要进一步分析。
不管软弱结构面处于非常稳定的状态或是相对稳定的状态,都可以同一判定观测区域软弱结构面处于稳定状态;由于不同频率的超声波对不同介质的反射衰减情况存在一定的差异,而这种差异正好可以反映出软弱结构面内部组织结构的多样性和差异性;这样多样性和差异性正好与软弱结构面的稳定性紧密相关;因此,本发明实施例利用这种内部结构的多样性和差异性来反映软弱结构面内部结构的不稳定性,即利用不同频率不同角度下的超声扫描图像来全方位多角度地反映出观测区域软弱结构面的内部组织结构形态及其稳定性情况。
实施例2
本发明实施例提供了一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估系统,包括超声扫描成像仪、反射衰减特征获取模块、渐变特征获取模块和软弱结构面稳定性评估模块;
所述超声扫描成像仪,用于利用超声探头发出不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像;
所述反射衰减特征获取模块,用于根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征;
所述渐变特征获取模块,用于获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像,并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征;
所述软弱结构面稳定性评估模块,用于根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性。
优选的,所述反射衰减特征获取模块,根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征,具体包括,根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征,具体包括,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像的整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,以所述整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,作为不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征。
优选的,所述渐变特征获取模块,根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征,具体包括,根据所述差值图像得非零像素点的空间分布,根据非零像素点之间的距离和实际观测位置的对应坐标关系,确定差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,根据差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,确定差值图像中非零像素点的渐变情况,根据所述渐变情况,获取差值图像各个非零像素点位置的法向量。
优选的,所述软弱结构面稳定性评估模块,根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性,具体包括,若差值图像各个非零像素点位置法向量的和与超声扫描图像中光斑条纹的主法向量的夹角不超过超声探头观测时偏转角时,则判定观测区域软弱结构面处于稳定状态,否则,则判定观测区域软弱结构面处于不稳定状态。
需要说明的是,以上实施例中所涉及的软弱结构面是指岩土体中的软弱夹层、或破碎带、孔洞等多种土石混合成分构成的复杂软弱结构;该区域的力学强度明显低于围岩,一般充填有一定厚度软弱物质的结构面,如泥化、软化、破碎薄夹层等;原生型的软弱结构面以石英砂岩为主,同时在岩层中夹有黏土质岩层或泥岩薄层;次生型的软弱结构面是以风化、溶滤、层间剪切、断层错动等因素为前提条件形成的结构面软弱结构面的主要成分是由豁粒、砂粒两种物质构成,这两者不会独立存在,多是通过泥质胶结的形成进行结合存在,其中豁粒的主要成分是高岭石,砂粒的主要成分是石英,这些物质一起共同形成了岩层中的软弱结构面;
以上实施例中所涉及的超声扫描成像仪是指利用超声波相控阵等技术进行超声扫描成像的设备,该设备可实现人体、物体内部结构的穿透成像;比如常用的医用或兽用的B超成像仪;所涉及的相控阵超声探头是指超声扫描成像仪自带的相控阵超声探头。相控阵超声探头是超声扫描成像仪的最主要部件,该探头发出的阵列超声波频率可以调整为2MHz,5MHz,12MHz三个频段;
以上实施例中所涉及的超声扫描图像是指直接利用超声扫描成像仪获得的岩体内部结构超声成像影像图,是指直接获取的软弱结构面上下表层及其内部组织的原始超声成像图;软弱结构面在超声扫描图像中会呈现出一些异常斑点、条纹亮带等形态结构特征;这些软弱结构面在超声扫描仪中所出现出来的形态特征构成了超声扫描图像的主要成像特征;
以上实施例中所涉及的软弱结构面超声成像特征图是指经过处理之后可以反映岩体内部结构特征及其变化范围的超声剖面图像,是可以反映软弱结构面上下表层及其内部完整结构形态特征的超声图像;软弱结构面的超声成像特征图是进行软弱结构面分析处理的主要依据。
需要说明的是,实施例1和实施例2未重复描述之处可互相借鉴。
本发明公开了一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法及系统,通过使用不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像;根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征;获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像,并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征;根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性;实现了对岩土体内部软弱结构面的成像探测及稳定性评估;
本发明基于高频超声波回波成像原理的超声成像仪,指向性好、分辨率高、透射性强,能够透射试验对象进行内部结构的实时动态显示,并且直观可视、便于携带,给岩土体软弱结构的成像分析与可视化研究带来了极大的便利;
本发明技术方案为岩土工程、地质工程的勘察研究提供了一种新的可视化分析方法和岩土结构精细化研究的途径,利用成熟稳定的超声成像技术,进行跨学科扩展应用,解决了岩土结构中软弱结构区域大小的确定和软弱结构的稳定性评估问题。
以上所述本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
使用不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构面的超声扫描图像;
根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征;
获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像,并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征;
根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性。
2.根据权利要求1所述的基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法,其特征在于,还包括,将超声探头压紧到的岩土软弱结构观测区域中,使超声探头发出不同频率超声波。
3.根据权利要求2所述的基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法,其特征在于,根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征,具体包括,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像的整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,以所述整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,作为不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征。
4.根据权利要求3所述的基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法,其特征在于,根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征,具体包括,根据所述差值图像得非零像素点的空间分布,根据非零像素点之间的距离和实际观测位置的对应坐标关系,确定差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,根据差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,获取差值图像各个非零像素点位置的法向量,所述差值图像各个非零像素点位置的法向量即为差值图像的渐变特征。
5.根据权利要求4所述的基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估方法,其特征在于,根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性,具体包括,若差值图像各个非零像素点位置法向量的和与超声扫描图像中光斑条纹的主法向量的夹角不超过超声探头观测时偏转角时,则判定观测区域软弱结构面处于稳定状态,否则,则判定观测区域软弱结构面处于不稳定状态。
6.一种基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估系统,其特征在于,包括超声扫描成像仪、反射衰减特征获取模块、渐变特征获取模块和软弱结构面稳定性评估模块;
所述超声扫描成像仪,利用超声探头发出不同频率超声波获取对应不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像;
所述反射衰减特征获取模块,用于根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征;
所述渐变特征获取模块,用于获取所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的差值图像,并根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征;
所述软弱结构面稳定性评估模块,用于根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性。
7.根据权利要求6所述的基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估系统,其特征在于,所述反射衰减特征获取模块,根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征,具体包括,根据所述不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征,具体包括,获取不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像的整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,以所述整体明暗程度、光斑条纹边界和光斑条纹分布,作为不同角度下岩土软弱结构的超声扫描图像对应的反射衰减特征。
8.根据权利要求7所述的基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估系统,其特征在于,所述渐变特征获取模块,根据所述差值图像得到差值图像的渐变特征,具体包括,根据所述差值图像得非零像素点的空间分布,根据非零像素点之间的距离和实际观测位置的对应坐标关系,确定差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,根据差值图像中非零像素点的像素值的大小和位置,获取差值图像各个非零像素点位置的法向量。
9.根据权利要求8所述的基于超声成像特征的软弱结构面稳定性评估系统,其特征在于,所述软弱结构面稳定性评估模块,根据所述反射衰减特征和差值图像的渐变特征,判定岩土软弱结构面的稳定性,具体包括,若差值图像各个非零像素点位置法向量的和与超声扫描图像中光斑条纹的主法向量的夹角不超过超声探头观测时偏转角时,则判定观测区域软弱结构面处于稳定状态,否则,则判定观测区域软弱结构面处于不稳定状态。
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