清华大学学报(自然科学版)

作者：谢维强, 张晓平, 刘晓丽, 周小雄, 刘泉声

单位：1. 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084;<br>2. 深地科学与工程云龙湖实验室, 徐州 221116;<br>3. 武汉大学 岩土与结构工程安全湖北省重点实验室, 武汉 430072

关键词：砂土颗粒,形态特征,三维激光扫描,二维投影,数字图像处理

基金：国家自然科学基金面上项目（41941019，51978541，52079068）

砂土颗粒的形态学特征（尺寸和形状）对于评估砂土材料的力学特性至关重要，因此准确地量化其三维形态学特征是研究砂土材料力学特性的前提工作。相比三维测试（表征）方法，二维测试（表征）方法具有测试方式多、程序简单、成本低等优点。为研究二维图像对砂土颗粒三维形态的表征，利用三维激光扫描技术获取砂土颗粒的三维点云数据；然后利用计算机算法重构砂粒的三维模型，准确快速地自动提取砂粒的三维形态特征；借助算法获取了随机单一投影法、最大最小投影面积法（选自1 000张投影）和三正交方向投影法下的砂粒二维形态参数；分析了二维参数与三维参数之间的相关关系，提出了基于砂土颗粒二维形态特征表征三维形态特征的可靠方法。结果表明，砂土颗粒的三维尺寸（长、宽、厚）可使用相应的二维尺寸估算（线性拟合系数R2=0.735~0.994）；3种投影方法中，最大最小投影面积法和三正交方向投影法可准确地估算砂土颗粒的三维形态，为砂土材料的快速定量化表征提供了实用方法。

来源：2024年第2期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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