基于数字图像的沥青混合料离散元几何建模方法

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1、http://qks.cqu.edu.cn第３４卷第１期土木建筑与环境工程Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１２０１２年２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｉｖｉｌ，Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦｅｂ．２０１２基于数字图像的沥青混合料离散元几何建模方法周基１，２，田琼３，芮勇勤１，英红４（１．长沙理工大学道路灾变防治及交通安全教育部工程研究中心，长沙４１０００４；２．湖南科技学院土木工程学院，湖南永州４２５１００；３．湖南大学土木工程学院，长沙４１００８２；４．桂林电子科技大学，广西桂林５４１００４）摘要：沥青混合料的性能与其细观结构密切相关，离散

2、元方法在解决沥青混合料这种复杂、多相、不连续介质材料的细观问题时，具有很大优势。针对以往沥青混合料离散元建模不能较好模拟集料颗粒形状的问题，结合数字图像处理技术，提出了一种新的沥青混合料离散元几何建模方法，主要有３个步骤：１）使用特征聚类方法，将沥青混合料切片图像中的集料与沥青砂浆分离；２）并利用链码边界跟踪和线段表算法将分离的集料区域填充为离散元中的“聚粒”；３）用离散元的圆盘单元填充沥青胶砂区域，实现沥青混合料切片图像的二维离散元几何建模。利用该模型，较好地模拟了沥青混合料在贯入荷载作用下变形的动态过程。关键词：道路工程；沥青混合料；离散元；数字图像；聚粒中图分类

3、号：Ｕ４１４文献标志码：Ａ文章编号：１６７４４７６４（２０１２）０１０１３６０５犃犇犈犕犌犲狅犿犲狋狉犻犮犕狅犱犲犾犻狀犵犕犲狋犺狅犱狅犳犎犕犃犅犪狊犲犱狅狀犇犻犵犻狋犪犾犐犿犪犵犻狀犵犘狉狅犮犲狊狊犻狀犵１，２，犜犐犃犖犙犻狅狀犵３，犚犝犐犢狅狀犵狇犻狀１，犢犐犖犌犎狅狀犵４犣犎犗犝犑犻（１．ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＣａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃＰｒｏｐｈｙｌａｘｉｓａｎｄＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＲｏａｄ＆ＴｒａｆｆｉｃＳａｆｅｔｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＣｈａｎｇｓｈａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｎｇｉｎ

4、ｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０００４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙｏｎｇｚｈｏｕ４２５１００，Ｈｕｎａｎ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；４．ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｉｓｃ

5、ｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＤＥＭ）ｈａｓｔｈｅｇｒｅａｔａｄｖａｎｔａｇｅｉｎｓｏｌｖｉｎｇｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘ，ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅａｎｄｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｅｄｉｕｍｍａｔｅｒｉａｌｓ．ＴｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈｅｐａｓｔＤＥＭｃｏｕｌｄｎｏｔｐｅｒｆｅｃｔｌｙｓｉｍｕｌａｔｅａｇｇｒｅｇａｔｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｈａｐｅｉｎＨＭＡ，ａｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏ

6、ｄｏｆＤＥＭｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅａｇｇｒｅｇａｔｅａｎｄａｓｐｈａｌｔｍａｓｔｉｃｗｅｒｅｓｅｐａｒａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓｌｉｃｅｄｉｍａｇｅｏｆＨＭＡｕｓｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｓｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｎｔｈｅａｇｇｒｅｇａｔｅｒａｎｇｅｓｗｅｒｅｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｂａｌｌｓａｓＤＥＭ“ｃｌｕｍｐ”ｕｓｉｎｇｃｈａｉｎｃｏｄｅｂｏｕｎｄａｒｙｔｒａｃｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｌｉｎｅｓｔａｂｌｅｆｉｌｌｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈ

7、ｅａｓｐｈａｌｔｍａｓｔｉｃｒｅｇｉｏｎｓｗｅｒｅｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｂａｌｌｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｏｆｄｙｎａｍｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｕｎｄｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｌｏａｄａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｏｓｅｆｒｏｍｐｒａｃｔｉｃｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｒｏａｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨＭＡ，ＤＥＭ，ｄｉｇｉｔａｌｉｍａｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｃｌｕｍｐ收稿日期：２０１１０６１３基金项目：国家自然科学基金重点项目（５１０３４００５）；道路灾变防消及交通安全