摘要：数字图像测量是土工项目中三轴试验土样变形测量的重要方式，实现其测量方式的规范应用，能够实现三轴试验土样变形测量误差的有效控制。本文在阐述数字图像测量系统结垢基础上，对传统三轴试验土样变形测量的结果进行分析，并指出数字图像测量在三轴试验土样变形测量中的具体应用。期望有利于数字图像测量方法应用质量的提升，进而在保证三轴试验土样变形测量准确性的同时，实现土工测量工程的进一步发展。
关键词：三轴试验；土样变形；数字图像测量；亚像素角点检测
作为工程建设的基本材料，土样材料包含了固、液、气三种不同的介质，结构属性具有较高的复杂性，对于工程建设具有加大影响。实践过程中，为确保土质成分的合理把控，工程建设人员会在三轴试验测量方式的应用下，实现土体应力应变和强度特性的测量分析；然而面对着复杂化的工程建设环节，其测量结果存在一定误差，基于此，数字图像测量法在三轴试验土样变形测量中得以广泛应用。
一、数字图像测量系统结构
数字图像测量系统是一种全新化的变形测量数段，其在CCD传感器、图像采集卡、计算机和图像处理软件的支撑下，实现了土工三轴试验测量的高精度、高效率进行[1]（见图1）。实践过程中，数字图像测量系统会对包裹土样的橡皮膜边缘和表面标志线进行识别，从而实现其变形情况的有效把控。
从测量过程来看，数字图像测量系统基于传统的三轴剪切试验设备产生。为确保数字图像测量系统应用的规范，确保土样测量中成像清晰的把控，故而需要对其设备应用进行以下规范：其一，进行黑色橡皮膜的应用，确保橡皮膜与背景色的反差清晰，并借助白色标志线的加印，实现轴向变形测量中参照对象的控制合理。其二，注重测量过程中压力室的规范建设，避免传统测量中圆形压力室折射现象对测量结果的影响。其三，优化数字图像测量系统的照明系统，确保测量成像后，三轴土样轮廓和标志线的清晰、分明。
二、三轴试验土样变形测量结果分析
1、三轴试验土样变形测量
三轴试验土样变形测量中，压力室、轴向加荷系统、周围压力施加系统、孔隙水压力量测系统等都是其主要的组成部分。测量实践中，借助千分表或电磁位移传感器的应用，工程测量人员可实现土样轴向变形数据的收集，并根据具体的变形情况进行径向变形分析。从应用过程来看，土样体积变化是变形测量实现的基础，这就使得土样必须保持在饱和状态。与数字图像测量相比，其增加了工程测量的难度，容易对其精确度造成影响。同时，三轴试验土样变形测量仅能实现土样平均变形情况的分析，然而在实践中，土样端部的受力情况明显存在差异，这导致了土样变形的不均匀性。因此在实践中，要确保三轴试验土样变形测量的精确化，就必须在当前测量误差把控的基础上，进行数字图像测量系统的高效应用。
2、亚像素角点检测
亚像素角点检测是实现三轴试验土样变形测量精确度把控的重要方式。检测实践中，侧人员首先会进行角点q位置的确定，此时，任何一个由q指向邻域另一点的向量，都会和Pi处的图像灰度梯度垂直。一旦这两个正交矢量的点积不等于零，则会产生测量误差εi，并且该测量误差可通过以下公式进行表达：
式中，
表示图像的灰土梯度，而q为εi最小点的坐标。测量时间中，若将所有含有角点检测区域内的所有pi进行方程联立，则在运算下可实现亚像素精度的高度把控。然而在实践中，三轴试验土样变形测量不仅会受到自身测量技术的同时，同时，圆形压力室也会造成一定的折射现象，影响测量的精确度。
三、数字图像测量在三轴试验土样变形测量中的具体应用
1、端部约束与接触处理
三轴试样应用中，试样帽、透水石、滤纸和土样之间存在一定的压密变形情况，当这种变形情况被叠加到土样是，土样的体积就会发生不规则变性，影响整体测量的准确性。测量时实践中，为确保试样测量准确性的提升，就必须注重试样端部约束段的排除。数字图像测量系统应用过程中，测量人员可实现测量断面的任意选取，在其控制下，三轴试样轴向变形和径向变形得以直接测量，确保了三轴试验测量效率和准确性的提升。通常情况下，若土样的变形情况较为均匀，则刚性端部约束作用的影响相对较小，而在变形较为较为明显，且变形状态不均匀的土样中，其下两端的影响范围也基本保持在20mm以内。因此为进一步消除三轴试样端部约束和接触对测量结果的影响，在数字图像测量应用中，应以试样的高度为中心，然后在上下两端分别取20mm进行测量；即整个试样中心40mm高度为较为合理的测量范围。
2、局部变形图像测量结果处理
数字图像测量技术应用中，局部变形图像的测量处理是其控制的重要内容。通常情况下，邓肯－张本构模型参数试验结果和《土工试验规程》是局部变形图像测量结果分析的主要依据。譬如在邓肯－张本构模型参数试验结果中，其对标准砂、粉煤灰、ISO砂的土体的强度参数进行确定（见表1）。实践过程中，借助数字图像测量设备的应用，工程测量人员可实现土样具体变形情况的有效把控，然后在于土体结构强度参数对比中，可实现土体抗剪强度值参数、弹性模量与体积模量模型参数等诸多要素的对比，从而确保数字测量结果的全面性和准确性。
3、实现土样剪切带处理
岩土力学研究中，土体破损规律的把控极为关键。三轴试验条件下，受土体不规则变形等因素的影响，土样剪切带的位置具有随机性，而千分表或电磁位移传感器很难实现这些剪切带形成和发展谷草的捕获，影响了土体变形测量试验的整体效果。而在数字图像测量系统量应用后，非接触式局部位移传感器的应用实现了这一问题的有效防止。具体而言，这些局部位移传感器会安装在试样的轴向和径向上，测量应用过程中，一旦三轴试样在剪切过程中出现剪切带，则该系统可实现试样剪切带变形情况的有效把控。实践过程中，通过对这些剪切带变形情况的分析，工程建设人员可实现土体剪切带形成时间和发展规律的有效把控，从而确保三轴试验土样变形情况的有效把控，为岩土力学特性把控提供有效依据。
此外，土样膜嵌入问题也是三轴试验土样变形测量中把控的难点。实践中，数字图像测量技术进行了白色标志线的应用，其使得土样的中心位置得以标明，通过对实验设备直径和排水管的液面变化情况的分析，即可实现土样膜嵌入问题的高效处理，确保三轴试验土样变形测量效率的提升。
结论
数字图像测量对于三轴试验土样变形测量的精度把控具有深刻影响。实践过程中，测量人员只有充分认识到数字图像测量技术在三轴试验土样变形测量中应用的必要性，并实现其测量方式的合理应用，才能确保数字图像测量方法应用质量的提升，进而在保证三轴试验土样变形测量准确性的同时，实现土工测量工程的进一步发展。
参考文献：
[1]张顺庆，高晨家，张龙.数字图像相关技术在应力应变测量中的发展与最新应用[J].影像科学与光化学，2017，35（2）：193-198.
论文作者:文嗣健
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：测量论文; 数字图像论文; 试样论文; 系统论文; 情况论文; 过程中论文; 土工论文; 《基层建设》2019年第10期论文;