单轴压缩CT实验条件下混凝土细观结构破裂分析

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1、单轴压缩CT实验条件下混凝土细观结构破裂分析周尚志W党发宁I陈厚群I，龙巧玲2(1.西安理工大学水利水电学院•陕西西安710048,2.长沙理工大学桥梁与结构学院•湖南长沙410076,3.中国水利水电科学研究院工程抗廉中心，北京100044)1摘要本文在圓柱混設土单轴压缩CT试验的基讯上•利用计算机层析成像技术提供的混築土体损伤破製演化图像•定义每一点的CT数变化量为该像素点CT数与其后緊邻的同行像素点、其下緊邻的同列像i■点的CT數基的绝对值中的较大值。根据CT数在扫描断面上的分布规律，设定了提取疑似裂纹区的像素点CT數变化量标准值(=20,进行了庚似裂纹区的检出操作。并对其上的几

2、何信息和CT数进行了统计，接着定义了裂纹长度和宽度，利用该参数对裂纹尺寸进行了计算。该工作对于推动混殛土工程CT图像定量化描述具有一定意义.关键词泯获土材料；图像；CTi#伤；破裂；二值图$定童化近年来借助于裂纹宏观描述、应变片测凰、光弹性测量［一3］等试验手段对混凝土试件表面裂纹动态演化过程和破坏后裂纹表面形态特征的研究已有许多。声发射法“〜6〕虽然可以实时探测到混凝土内部裂纹的演化过程，但达不到捕捉、定位和定量描述裂纹的冃的.基于一定图像测竝的电镜扫描和激光散斑法口〜9〕可以探测到混凝土内部裂纹的萌生、启裂位程等信息，但其缺点在于无法无损动态的测匮混凝土受力破损演化过程。卄算机层析

3、成像(computerizedtomography,CT)技术,是一种无损检测技术■可以动态、定址和无损伤地量测混凝土材料在受力过程中内部结构的变化过程・面对存在许多天然缺陷和加载峡陷的混凝土材料•其内部各种尺度缺陷对其稳定性或强度的影响程度长期以来为工程界所重视。损伤和断裂力学是研究材料从原生缺陷到形成宏观裂纹直至断裂破坏的全过程，即微裂纹萌生、扩展、宏观裂纹形成、稳定扩展和失稳扩展的过程.其目的在于建立损伤材料的本构关系，揭示其破坏机理，建立损伤演化方程，计算损伤程度,从而为预估其剩余寿命或评价其稳定程度眼务口~4】・只有弄清楚裂纹的空间扩展形态才有可能提出相应的止裂和轅治描施•文

4、〔47)虽然利用图像测量技术和处理方法对裂纹的演化作了追踪■但相关研究多借助于图像追踪显示裂纹或损伤的演化过程〔6〜7］,很少涉及具体的裂纹提取和定量分析方法.文献［8〜9〕中提出裂纹的测量方法，但由于其借用CT机上自带的圆形、椭圆形和矩形尊规则几何统计区进行测催，在处理实际中大试存在的具有非线性和不规则几何形状的裂纹时显得力不从心.本文利用基于形态学的图像处理技术对裂纹进行提取、几何测■和空间描述，不仅弥补了上述不足，而且有利于检验数值模拟结果的有效性。对于CT技术本身带来的测址误差則不在本文的讨论范围之内.单轴压缩CT实验条件下混凝土细观结构破裂分析周尚志W党发宁I陈厚群I，龙巧玲

5、2(1.西安理工大学水利水电学院•陕西西安710048,2.长沙理工大学桥梁与结构学院•湖南长沙410076,3.中国水利水电科学研究院工程抗廉中心，北京100044)1摘要本文在圓柱混設土单轴压缩CT试验的基讯上•利用计算机层析成像技术提供的混築土体损伤破製演化图像•定义每一点的CT数变化量为该像素点CT数与其后緊邻的同行像素点、其下緊邻的同列像i■点的CT數基的绝对值中的较大值。根据CT数在扫描断面上的分布规律，设定了提取疑似裂纹区的像素点CT數变化量标准值(=20,进行了庚似裂纹区的检出操作。并对其上的几何信息和CT数进行了统计，接着定义了裂纹长度和宽度，利用该参数对裂纹尺寸进行

6、了计算。该工作对于推动混殛土工程CT图像定量化描述具有一定意义.关键词泯获土材料；图像；CTi#伤；破裂；二值图$定童化近年来借助于裂纹宏观描述、应变片测凰、光弹性测量［一3］等试验手段对混凝土试件表面裂纹动态演化过程和破坏后裂纹表面形态特征的研究已有许多。声发射法“〜6〕虽然可以实时探测到混凝土内部裂纹的演化过程，但达不到捕捉、定位和定量描述裂纹的冃的.基于一定图像测竝的电镜扫描和激光散斑法口〜9〕可以探测到混凝土内部裂纹的萌生、启裂位程等信息，但其缺点在于无法无损动态的测匮混凝土受力破损演化过程。卄算机层析成像(computerizedtomography,CT)技术,是一种无损检

7、测技术■可以动态、定址和无损伤地量测混凝土材料在受力过程中内部结构的变化过程・面对存在许多天然缺陷和加载峡陷的混凝土材料•其内部各种尺度缺陷对其稳定性或强度的影响程度长期以来为工程界所重视。损伤和断裂力学是研究材料从原生缺陷到形成宏观裂纹直至断裂破坏的全过程，即微裂纹萌生、扩展、宏观裂纹形成、稳定扩展和失稳扩展的过程.其目的在于建立损伤材料的本构关系，揭示其破坏机理，建立损伤演化方程，计算损伤程度,从而为预估其剩余寿命或评价其稳定程度眼务口~4