岩土CT 图像中裂纹的形态学测量
基于工业CT扫描的岩芯裂缝结构表征
基于工业CT扫描的岩芯裂缝结构表征
工业CT扫描作为一种无损检测技术，被广泛应用于岩芯测井
图像分析领域。
利用CT技术可以非常直观地获得岩芯内部的
结构信息，其中包括岩芯中的裂缝结构。
岩芯裂缝结构的表征可以为地质勘探研究提供重要的信息，进而指导石油勘探开发活动。
基于工业CT扫描技术，可以实现对岩芯中的裂缝结构进行三
维可视化，从而更加全面地了解它们的形态和分布。
首先，
CT图像可以提供较高的空间分辨率，部分情况下甚至可以达
到亚毫米级别，这对于裂缝尺寸的测量十分有利。
其次，岩芯中的裂缝具有不同的形态和分布，工业CT扫描技术可以精确
地重构出三维裂缝结构，如裂缝的长宽比、角度、分布密度等。
最后，对于某些特殊的情况，比如岩芯中存在微细的裂隙，
CT技术可以通过增强对比度等手段实现其有效检测。
岩芯中的裂缝结构表征是岩相学、地质力学、油气地质等多学科研究的重要内容。
其中，岩相学主要关注岩体中微观结构和组成的研究，而岩芯中的裂缝作为一种重要的微观结构，对于不同类型的物性参数表征具有重要的作用。
地质力学则更注重于岩芯中裂缝对于岩石力学强度和稳定性的影响，分析岩芯的裂缝结构能够帮助我们更好地理解裂缝的传播规律和破坏机理。
在油气地质方面，岩芯中裂缝的表征可以为油气储层评价和开发提供有价值的参考。
总之，工业CT扫描技术是岩芯裂缝结构表征中一种高效、准
确的方法，它能够为地质勘探和油气开发提供重要的信息。
结
合其他地质学和工程学方法，如SEM、X射线衍射等，可以实现对于岩芯组成和结构的全面分析，帮助人们更好地了解地球内部的构造和演化过程。
石油岩芯CT图像裂缝分割算法研究
犐（狓）Ｈε（）ｄ狓
犮０（）＝ Ω
∫Ｈε（）ｄ狓 Ω
烅
∫犐（狓）（１－ Ｈε（））ｄ狓
犮ｂ（）＝ Ω
烆
∫（１－ Ｈε（））ｄ狓 Ω
（２）
式 （２）中 涉 及 到 的 是 全 局 图 像 信 息，不 仅 仅 包 括 演 化 曲 线 附 近 的 图 像 数 据；且 常 数 分 别 是 图 像 在 区 域
摘 要： 针对裂缝区域分割的需求和石油岩芯 ＣＴ 图像的特点，改进了现有的 水 平 集 分 割 算 法。 首 先 对 图像中值滤波去噪后运用 ＣＶ 模型对图像进行 初 分 割，把 背 景 区 域 和 岩 芯 区 域 准 确 分 开，得 到 岩 芯 区 域 的 轮 廓；然后调整轮廓外区域的灰度值，使之等于岩芯区 域 平 均 灰 度 值，增 强 目 标 区 域；最 后 再 进 行 ＲＳＦ 模 型 细 分 割，得到最终分割结果。对于高斯噪声污染严重的岩芯 图 像，先 采 用 了 邻 域 加 窗 的 非 局 部 均 值 去 噪 方 法，再 用 改 进 水 平 集 算 法 分 割 ，实 验 结 果 表 明 该 分 割 方 法 是 有 效 的 。 关键词： ＣＴ 图像； 裂缝分割； 水平集； ＣＶ 模型； ＲＳＦ 模型 中 图 分 类 号 ： ＴＰ３９１ 文 献 标 志 码 ： Ａ 犱狅犻：１０．１１８８４／ＨＰＬＰＢ２０１６２８．０５５１０１
多层螺旋CT三维成像技术岩心裂缝观测
摘
要
储 层 裂 缝研 究是 裂 隙性 油 气田勘 探 开 发 的 一 个难 点 。图像 重 建是 多层 螺 旋 Ｃ Ｔ技 术 的 主要 优 势 功 能之 一 ， 它
集 显微 技 术 、 高速 激 光 螺 旋 分 层 扫描 技 术和 图像 处 理 技 术 为 一 体 ， 现 代 临 床 医 学诊 断 中有 着重 要 的 应 用 ， 年 来 Ｃ 在 近 Ｔ技 术在 石 油 地 质及 开发 研 究 中的应 用 日益 增 加 。 选取 具 有 代 表 性 的 含 裂 缝 岩 心 ， 用 多层 螺 旋 Ｃ 利 Ｔ机 对 岩 心 裂 缝进 行扫 描 ， 把 获得 的储 层 含 裂 缝 岩 心 的 图像 容 积 数 据 导 入 Ｃ 一 Ｄ 工作 站 ， 用 设 备 附 带 的 图像 分析 处理 软 件 ， 导 入 数 据 进 行 三 维 Ｔ３ 利 对 立体 成像 ， 来探 讨 多层 螺 旋 Ｃ Ｔ三维 成 像技 术在 储 层 岩 心 裂缝 研 究中 的应 用价 值 。实验 结 果 表 明 ， 多层螺 旋 Ｃ Ｔ成像 技 术 能 够 实现 对储 层 裂缝 形 态 的 定 性 观 察和 定 量 测 量 ， 有 原 位 、 具 快捷 、 确 、 损 岩 样 等 特 点 ， 观 测 、 述 、 价储 层 岩 心 裂 缝 准 无 是 描 评 形 态 的一 种 新 的 有效 方 法 。 关键 词 多层 螺 旋 Ｃ Ｔ技 术 三 维 成像 图像 处 理 裂 缝
裂纹检测的四种方法
裂纹检测的四种方法引言裂纹是各种工程结构中常见的缺陷，它们可能导致材料的破坏和失效。
裂纹检测对于确保结构安全和可靠性至关重要。
在现代工程领域，有许多不同的方法可以用于裂纹检测。
本文将介绍四种常用的裂纹检测方法：视觉检测、超声波检测、涡流检测和磁粉检测。
1. 视觉检测视觉检测是最简单和最常见的裂纹检测方法之一。
它基于人眼对图像进行分析和判断。
这种方法适用于表面上可见的裂纹，并且不需要使用任何特殊设备。
视觉检测通常包括以下步骤： - 准备工作：清洁被测试物体的表面，以确保能够清晰地看到裂纹。
- 视觉观察：使用肉眼或放大镜仔细观察被测试物体表面，寻找任何可疑的线状或断口。
- 记录结果：将发现的裂纹位置、尺寸和形状记录下来。
视觉检测的优点是简单易行、成本低廉。
然而，它受到操作人员主观判断和视力限制的影响，对于深埋在材料内部或微小裂纹的检测效果不佳。
2. 超声波检测超声波检测利用高频声波在材料中传播的原理进行裂纹检测。
它通过发射超声波脉冲，并接收回波来分析材料内部的缺陷。
以下是超声波检测的基本步骤： - 发射超声波：使用超声波探头将高频脉冲发送到被测试物体中。
- 接收回波：探头接收到由材料内部缺陷反射回来的超声波信号。
- 分析信号：通过分析回波信号的强度、时间和形态，确定是否存在裂纹。
超声波检测可以用于发现不可见或深埋在材料内部的裂纹，具有高灵敏度和准确性。
然而，它需要专业设备和经过培训的操作人员，并且对于复杂结构和多层材料可能存在限制。
3. 涡流检测涡流检测是一种利用涡流感应原理进行裂纹检测的方法。
它基于电磁感应的原理，通过在被测试物体表面引入交变电流来产生涡流，并根据涡流的变化来检测裂纹。
以下是涡流检测的基本步骤： - 引入交变电流：通过电磁感应探头在被测试物体表面引入交变电流。
- 检测涡流：探头检测由电磁感应产生的涡流，分析其变化以发现裂纹。
涡流检测可以用于发现表面和近表面的裂纹，对于导电材料和复杂几何形状的结构具有很好的适应性。
裂缝的识别 图象处理及应用 教学课件
裂缝识别的基本步骤可分为：①成象测井资料的 输入，并将其转换为BMP图象格式；②采用图象增强 的手段对图象进行予处理，这里一般可分为以增强对 比度为目的，借以突出裂缝暗色区域的灰度拉伸的增 强方法；还有以去除背景噪声为目的的平滑滤波的增 强方法；③采用边缘提取或阈值控制分割的图象分割 方法将裂缝的区域从背景中分离出来，并形成只含有 裂缝区域的二值图象；④根据裂缝的具体形态，采用 不同的识别方法进行裂缝的识别；⑤依据一定的算法， 对识别出来的裂缝进行参数定量计算；⑥将识别后的 裂缝的形态和参数通过一定形式显示出来或存储起来； ⑦与已知的资料或人工识别的成果进行对比，验证识 别的具体效果。
但目前的解释只是停留在依赖专家经验的定性解释 和半定量解释阶段，自动化程度不高，人为主观因素比 较大，这些因素都大大地限制了成象测井解释技术的发 展。如何快速、准确地解释裂缝、孔洞等非均质地质信 息，已是测井分析家着重要解决的图象处理及应用
人类在复杂图象解释上具有与生俱来的学习本领和 解释技巧，具体表现在：①在纷乱复杂的噪声背景中可 以识别出物体的纹理特征和轮廓特征；②建立物体模型 对所观察到的现象和场景进行解释说明；③对众多的数 据类型和资源进行整合与抽象，并建立知识进行表达； ④可以在不同的数据表达层次上进行逻辑推理，最终完 成物体的识别与表达。然而人类的解释也存在着一些弊 端，表现在：①不可能经常如一地运用固定的知识和逻 辑来进行解释，识别和认知存在着模糊性、主观性、经 验性；②不能够进行精确的定量观察与解释；③人的记 忆力有限，不可能记住大量的数据或众多的数据类型； ④有时人类会因为各种原因（如疾病、情绪的变化）出 现不适应的情况；⑤主观上容易作出轻率的解释；⑥不 可避免地出现偏见和一定的主观上的倾向性；⑦在处理 连锁繁杂的形式和关系中，人有时会感到力不从心。
基于微米CT页岩微裂缝表征方法研究
注 ：本 文 为 国 家 自 然 科 学 基 金 重 大 项 目 （编 号 4 1 6 9 0 1 3 4 ) 、国 家 自 然 科 学 基 金 创 新 群 体 项 目 （编 号 4 1 8 2 1 0 0 2 ) 、国 家 自 然 科 学 基 金 青 年 基 金 项 目 （编 号 4 1 7 〇2 1 5 5 ) 和 国 家 科 技 重 大 专 项 （编 号 2 0 1 6 Z X 0 5 0 3 4 0 0 2 - 0 0 3 ) 资 助 成 果 。 收 稿 日 期 ：2 0 1 9 - 0 2 - 2 8 ; 改 回 日 期 ：2 0 1 9 - 0 5 - 0 6 ; 网 络 发 表 日 期 ：2 0 1 9 - 0 5 - 3 0 ; 责 任 编 委 ：邱 楠 生 ；责 任 编 辑 ：周 健 。 作 者 简 介 ：苟 启 洋 ，男 ，1 9 9 4 年 生 。硕 士 研 究 生 ，矿 产 普 查 与 勘 探 专 业 。E r a ail:g 〇U qiya n g l 0 0 3 @ 1 6 3 . C〇m 。通 讯 作 者 ：徐 尚 ，男 ，1 9 8 5 年 生 。 博 士 ，副 教 授 ，主 要 从 事 油 气 成 藏 机 理 和 非 常 规 油 气 地 质 方 面 的 研 究 ，E m ail:x u Sh a n g 0 2 2 2 @ 1 6 3 .
关 键词 ：页 岩 ；微 米 C T ;微 裂 缝 表 征 ；孔 隙 保 存 ；焦 石 坝
页岩气主要以吸附态赋存于干酪根及黏土颗粒 表面 、以游离态赋存于孔隙及微裂缝中，是一种典型 的 自 生 自 储 、连 续 分 布 的 非 常 规 天 然 气 （C u r t i s , 2002；H a o et al. , 2013；Z o u C a i n e n g et al. , 2019)。微裂缝通常指张开度小于50p m 的裂缝，需 借 助 电 子 显 微 镜 、扫 描 电 镜 等 方 法 识 别 （G u o X u s h e n g et al. , 2016；L i u W e i b i n g et al. ， 2018) 〇 相 关 研 究 表 明 ，微 裂 缝 可 以 提 高 页 岩 气 （主要为游离 气 ) 储 集 空 间 ，增 加 页 岩 储 层 压 裂 的 有 效 性 ，改善页 岩 气 藏 品 质 （D o n g D a z h o n g et al. ， 2〇18 )。然 而 ， 微 裂 缝 过 于 发 育 则 会 破 坏 页 岩 储 层 保 存 条 件 ，造成 大量页岩气散失（D i n g W e n l o n g et al. ， 2012; G u o X u s h e n g e t a l . ，2016)。因 此 ，研 究 页岩储层微裂 缝发育特征对页岩气勘探开发具有重要意义。
如何进行精确的裂缝测量
如何进行精确的裂缝测量裂缝测量是一项涉及结构工程和材料科学的重要技术。
精确的裂缝测量对于确保结构的安全和可靠至关重要。
本文将探讨如何进行精确的裂缝测量，并介绍一些常用的测量方法和工具。
首先，进行精确的裂缝测量需要准确的测量工具。
传统的测量工具如尺子、直尺等在测量细小或不规则的裂缝时往往不够准确。
近年来，随着技术的进步，高精度的测量仪器得到了广泛应用。
例如，光纤传感器可以通过测量光纤的变形来准确测量裂缝的长度、宽度和变化情况。
另外，激光测距仪可以通过测量激光束的反射时间来计算裂缝的尺寸。
这些高精度测量仪器可以帮助工程师们更加准确地进行裂缝测量。
其次，裂缝测量需要选择合适的测量方法。
根据裂缝的形状和尺寸，可以采用不同的测量方法。
例如，在测量表面裂缝时，可以使用光学显微镜或显微摄像机来观察和记录裂缝的细节。
对于深度较大的裂缝，可以考虑使用无损检测技术，如超声波测量仪器或磁力显微镜。
这些方法在不破坏结构的前提下，提供了精确且非侵入性的测量数据。
此外，裂缝测量还需要考虑环境因素的影响。
例如，温度、湿度和光照条件等因素可能会对测量结果产生影响。
为了减小这些影响，可以在测量过程中进行环境控制，保持恒定的温度和湿度，并避免直接阳光照射。
此外，还可以使用特殊的滤光镜或灯具来调节光照条件，以确保测量的准确性和一致性。
除了测量工具和方法外，数据处理也是精确裂缝测量的关键。
在测量过程中，需要采集大量的测量数据，并进行合理的数据处理和分析。
例如，可以使用数学模型和统计方法对测量数据进行拟合和分析，以获得更加准确的测量结果。
此外，还可以将测量数据与结构的设计参数进行对比，以评估裂缝对结构强度和稳定性的影响，并制定相应的维修和加固措施。
最后，裂缝测量需要注意安全问题。
在进行测量时，需要确保自身安全和测量仪器的正确使用。
同时，需要遵守相关安全规范和操作规程，确保测量过程不会对结构造成进一步损害或危险。
综上所述，精确裂缝测量是一项非常重要的技术，涉及到测量工具的选择和使用、测量方法的确定、环境因素的控制、数据处理的精确性以及安全问题的考虑等方面。
基于CT的岩石三维裂隙定量表征及扩展演化细观研究
基于CT的岩石三维裂隙定量表征及扩展演化细观研究一、本文概述随着科学技术的发展，尤其是计算机断层扫描（CT）技术的广泛应用，岩石内部细微结构的研究进入了全新的阶段。
岩石作为一种典型的非均质材料，其内部存在着大量复杂的裂隙结构，这些结构对岩石的物理力学性质具有重要的影响。
因此，对岩石裂隙进行定量表征及扩展演化的细观研究，对于理解岩石的力学行为、预测地质灾害、优化岩石工程设计等都具有重要的理论和实践意义。
本文旨在通过基于CT的岩石三维裂隙定量表征及扩展演化细观研究，深入探讨岩石内部裂隙的三维几何特征、分布规律以及在外界条件作用下的扩展演化过程。
研究内容包括但不限于：利用CT技术获取岩石内部裂隙的三维图像数据，通过图像处理和分析技术提取裂隙的几何参数，建立裂隙的三维模型；分析裂隙在不同尺度下的分布规律和统计特性，揭示裂隙网络的复杂性；研究在外部应力、温度、渗流等条件下，裂隙的扩展演化规律和机制，预测岩石的破坏行为。
本文的研究方法和技术手段包括CT扫描技术、图像处理技术、三维建模技术、统计分析方法以及数值模拟技术等。
通过这些方法的综合运用，期望能够实现对岩石裂隙的精确表征和深入理解，为岩石力学和相关领域的研究提供新的思路和方法。
本文的研究结果也将为岩石工程的实践提供有益的参考和指导。
二、岩石三维裂隙CT扫描技术与数据处理岩石的三维裂隙定量表征首先依赖于高精度的CT扫描技术。
CT 扫描技术，即计算机断层扫描技术，以其非破坏性、高分辨率和强大的三维重建能力，在岩石力学、地质工程和其他相关领域得到了广泛应用。
CT扫描通过获取物体内部不同角度的射线投影图像，再经过特定的算法重构出物体的内部三维结构，为岩石内部裂隙的精细观察提供了有力手段。
在岩石CT扫描过程中，首先需要对岩石样品进行预处理，如表面清洁、固定和标记等，以确保扫描结果的准确性和可对比性。
随后，将岩石样品置于CT扫描设备中，通过精确控制扫描参数，如射线能量、曝光时间、扫描角度等，获取高质量的投影图像数据。
裂缝骨架化算法
裂缝骨架化算法1.引言1.1 概述裂缝骨架化算法是一种用于图像分析和处理的关键技术，特别适用于裂缝检测和分析。
在许多工程和科学领域，如土木工程、岩石力学和地质勘探等，裂缝一直是一个重要的问题。
裂缝的存在可能会导致结构的破坏，影响其性能和寿命。
因此，准确且高效地检测和分析裂缝对于维护结构安全至关重要。
裂缝骨架化算法的主要目标是从图像中提取裂缝的骨架形状。
通过将裂缝图像转化为骨架图像，可以更好地描述和分析裂缝的几何特征。
具体而言，骨架化算法可以将裂缝图像中的像素点转化为具有裂缝形状的线段，从而更好地表示裂缝的形态特征。
通过分析骨架化结果，我们可以得到裂缝的长度、方向、分支情况等重要信息，从而更全面地了解裂缝的特征和性质。
裂缝骨架化算法的关键要点包括图像预处理、骨架化过程和后处理等。
首先，需要对原始图像进行预处理，包括图像去噪、图像增强和边缘检测等步骤，以提高图像质量和裂缝的可视性。
然后，通过一系列的骨架化操作，将裂缝图像转化为骨架图像。
常用的骨架化方法包括细化、切割和迭代等算法。
最后，可以进行后处理操作，如裂缝宽度测量和裂缝分析等，以获取更详细和准确的裂缝特征。
本文旨在对裂缝骨架化算法进行详细的介绍和分析，包括算法原理、实现步骤和实验结果等。
同时，还将探讨当前存在的挑战和问题，并探讨未来的研究方向。
通过深入研究裂缝骨架化算法，我们可以为裂缝检测和分析提供一种有效和可靠的方法，为工程和科学领域的相关研究和实践提供有力支持。
1.2 文章结构本文将介绍裂缝骨架化算法的原理和应用。
文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分首先对裂缝骨架化算法进行概述，简要介绍算法的定义、作用和研究背景。
然后，详细说明了本文的结构，明确了各部分的内容和组织方式。
最后，明确了本文的目的，即通过分析裂缝骨架化算法的要点，探讨其在实际应用中的潜力和局限性。
正文部分将深入探讨裂缝骨架化算法的要点。
2.1 节将重点介绍裂缝骨架化算法的第一个要点，包括算法的基本原理、核心思想和关键步骤。
岩土CT图像边界伪影的机制分析及试样尺度估计解读
第25卷第6期岩石力学与工程学报 Vol.25 No.62006年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June，2006岩土CT图像边界伪影的机制分析及试样尺度估计范留明1，毛黎明2，张志禹2，丁卫华1(1. 西安理工大学水利水电工程学院，陕西西安 710048；2. 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安 710048)摘要：伪影是不能正确反映试样内部结构的那部分图像，为了减少对图像的误判断，通常将伪影作为一种干扰进行校正。
边界伪影是与CT图像重构算法有关的一种系统误差，但却包含了试样的边界信息。
基于射线成像常用算法，分析了CT边界伪影的特征和产生机制。
研究表明，边界伪影中CT数极大值位置与试样的边界有一定的关系，对边界伪影的研究有助于准确判断试样在图像中的位置，推算试样的几何尺度。
关键词：岩土力学；CT图像；边界伪影；重构算法；试样尺度中图分类号：TU 43 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)06–1198–06 ANALYSIS OF GEOTECHNICAL CT BOUNDARY ARTIFACTAND EVALUATION OF SAMPLE SCALEFAN Liuming1，MAO Liming2，ZHANG Zhiyu2，DING Weihua1(1. College of Water Resources and Hydropower Engineering，Xi′an University of Technology，Xi′an，Shaanxi 710048，China；2. College of Automation and Information Engineering，Xi′an University of Technology，Xi′an，Shaanxi 710048，China)Abstract：An artifact is usually regarded as a measure error，but the boundary artifact is an exception，which occurs in the interface between two different media. As a kind of systematic errors caused by reconstruction algorithm of CT images，the boundary artifact contains some information of the sample size. Based on conventional back-projection reconstruction algorithm of CT image，the mechanism of CT boundary artifacts is analyzed. The study shows that the sample boundary is in correspondence with the position of CT boundary artifact maximum and the study on boundary artifact is beneficial to correctly judge the position of sample in CT image and evaluate the geometrical dimension of sample.Key words：rock and soil mechanics；computerized tomography image；boundary artifact；reconstruction algorithm；sample size在各个应力阶段变形破裂过程中的内部细节，为细观岩土力学的研究提供了一条新的测试手段。
CT实验条件下砂岩破裂分形特性研究
第27卷 增1岩石力学与工程学报 V ol.27 Supp.12008年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June ，2008收稿日期：2007–01–30；修回日期：2007–05–16基金项目：国家自然科学基金资助项目(50649028，50679073)；国家自然科学基金重点项目(90510017)作者简介：尹小涛(1975–)，男，1998年毕业于西安地质学院水文地质与工程地质专业，现为博士研究生，主要从事岩土工程数值分析及岩土细观CT 实验条件下砂岩破裂分形特性研究尹小涛1，王水林1，党发宁2，丁卫华2，陈厚群2，3(1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；2. 西安理工大学 岩土工程研究所，陕西 西安 710048；3. 中国水利水电科学研究院，北京 100044)摘要：利用单轴压缩条件下砂岩CT 资料，对有裂纹出现的σ = 20.59～31.03 MPa 阶段的CT 图像利用所设计的裂纹提取滤波器进行裂纹提取操作，其中提取阈值，是在进行敏感性分析后选定的。
在所取得的裂纹二值化图像的基础上，利用码尺法、盒计数法、小岛法和Sandbox 法对各载荷步下裂纹面积和长度的分维数进行了计算。
最后，对裂纹分维数随加载过程的变化进行分析，利用分维数的演化信息讨论砂岩破裂的分形特性。
关键词：岩石力学；砂岩；分形；分维数；裂纹中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)增1–2721–06STUDY ON FRACTAL CHARACTERISTICS OF SANDSTONEDAMAGE-FRACTURE UNDER CT TEST CONDITIONYIN Xiaotao 1，WANG Shuilin 1，DANG Faning 2，DING Weihua 2，CHEN Houqun 2，3(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering ，Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan ，Hubei 430071，China 2. Institute of Geotechnical Engineering ，Xi ′an University of Technology ，Xi ′an ，Shaanxi710048，China ；3 Chinese Institute of Water Resource and Hydropower Research ，Beijing 100044，China )Abstract ：Firstly ，cracks located in the CT images scanned at the stages of stress changing from 20.59 MPa to 31.03 MPa are obtained from the images by means of CT data about sandstone under the uniaxial compression condition. The filter designed in the paper is used to pick up cracks ，in which the threshold value is determined after sensitivity analysis. Based on these binary images of crack under each loading step condition ，the fractal dimension of area and length of the crack in the sandstone are computed by the methods of yardstick ，box-counting ，island and sandbox. Finally ，the relation between the fractal dimension of crack and the loading process is analyzed ，and the fractal feature on the damage and fracture of sandstone is discussed through the evolution information of the fractal dimension.Key words ：rock mechanics ；sandstone ；fractal ；fractal dimension ；crack1 引 言岩石是一种具有特殊物理力学性质的含天然损伤的地质材料，天然缺陷多产生于成岩作用过程、各类地质构造作用过程和人类侵扰活动，经历了漫长的地质历史演化和人类文明的发展过程。
基于图像分析技术的结构表面裂缝形态检测
基于图像分析技术的结构表面裂缝形态检测方志;夏军;刘传乐【摘要】为有效检测结构物表面裂缝形态，基于图像分析技术，采取在结构表面黏贴纯色标定块，并借此通过投影变换来修正和标定原始图像，对修正后的图像进行骨架化提取、去除分支和毛刺等一系列处理后直接在图像上确定裂缝特征参数。
基于所提方法，采用不同长度、宽度和倾角的线条来模拟裂缝，试验验证了图像修正和标定算法的有效性，并研究拍摄角度和光照条件对裂缝特征参数检测精度的影响。
研究结果表明：基于不同角度拍摄的竖向和斜向模拟裂缝长度的识别精度分别为99．73％和99．64％，对宽度不小于0．2 mm裂缝宽度的识别精度为95．84％和95．60％，表明该方法具有较高的检测精度；光线强度对裂缝宽度精度影响较大，光照强度在1400～3100 lux时，识别精度较好，裂缝宽度识别的平均相对误差小于5％。
%This paper aims to find a efficient method for detecting the crack shapes on the structural surface. Based on the application of image analysis technology,a standard square attached on the structural surface is used as a reference mark to calibrate the original deformed images through the projection transformation,and then extracting the crack skeleton and removing the branches andburr,etc.Finally,the crack characteristic parame-ters in the image can be calculated.This method is verified by the simulated crack with lines of different length, width and angle of inclination and this paper also studies the influence of shooting angle and light condition on the detection accuracy of the crack characteristic parameters.Based on different shooting angles,the length iden-tification accuracy of vertical and obliquesimulation crack can reach 99.73%and 99.64%respectively,and when the width is not less than 0.2 mm,the recognition accuracy of width is95.84%and 95.60%respectively, which shows that this new method hashigh detection precision.The light intensity has a great influence on the crack width identification.When the light intensity is 1 400~3 100 lux,the average relative error of the crack width identification is less than 5%.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2016(013)012【总页数】8页(P2447-2454)【关键词】结构检测;图像分析;图像修正;裂缝长度;裂缝宽度【作者】方志;夏军;刘传乐【作者单位】湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082;湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082;湖南省交通建设质量安全监督管理局，湖南长沙410011【正文语种】中文【中图分类】U446.3结构物表面的裂缝形态是结构状态评估中的重要参数之一，因此，准确检测结构表面的裂缝长度和开裂宽度显得尤为重要。
裂缝的识别 图象处理及应用 教学课件
在图中不仅提供了过井裂缝在柱状展开图上的形态信 息，而且还提供了裂缝的倾角和方位信息。从图中可获得 以下事实： ① 裂缝在平面展开图上的正弦曲线的周期的大小等于图 象的宽度。 ② 平面倾斜裂缝的倾角，并用下式计算出裂缝的倾角：
tan1(h / d) 其中：h为正弦曲线上峰—峰之间的距离，d为井眼直径。 ① 平面倾斜裂缝的方位角，在柱面展开图上从北开始按 东南西北的顺序达到极小值点之间的夹角为倾斜方位角。
出到成果图上，验证其正确y0 性。
图象处理及应用
确定了基线位置 y0 后，正弦曲线的未知参数剩下幅
度A和初相位 ，下面详细介绍如何利用Hough变换进 行幅度A和初相位 两个参数的提取。根据式1有：
A y y0
(2)
sin( x )
选择A和 参数作为坐标建立一个二维Hough变换参
数空间，由式2可知，图象空间中任意一点，映射到参数
图象处理及应用
裂缝识别的基本步骤可分为：①成象测井资料的 输入，并将其转换为BMP图象格式；②采用图象增强 的手段对图象进行予处理，这里一般可分为以增强对 比度为目的，借以突出裂缝暗色区域的灰度拉伸的增 强方法；还有以去除背景噪声为目的的平滑滤波的增 强方法；③采用边缘提取或阈值控制分割的图象分割 方法将裂缝的区域从背景中分离出来，并形成只含有 裂缝区域的二值图象；④根据裂缝的具体形态，采用 不同的识别方法进行裂缝的识别；⑤依据一定的算法， 对识别出来的裂缝进行参数定量计算；⑥将识别后的 裂缝的形态和参数通过一定形式显示出来或存储起来； ⑦与已知的资料或人工识别的成果进行对比，验证识 别的具体效果。
步骤⑤~⑥；
⑥ 根据式2计算幅度A；
⑦ 若 计 算 的 A 值 在 （ 0~ ACC[A][ ]+1；
2014-基于CT图像的土石混合体破裂_损伤的三维识别与分析_孙华飞
Abstract： Soilrock mixture（ SＲM） is a unique type of discontinuous and inhomogeneous geomaterials． It is very difficult to analyze the deformation and failure of SＲM using the experimental techniques and analytical theories of conventional soil mechanics． A novel 3D identification method was proposed to identify the fracture and damage of SＲM based on CT and image processing techniques． Using the selfdeveloped identification algorithm and computer program， we extracted and analyzed the mesoscopic characteristics of interior fractures of SＲM with various rock contents subject to uniaxial compressive loads． A 3D model was reconstructed to represent the fracture and damage of SＲM， based on which the damage evolution and characteristics of SＲM under uniaxial compression and the effects of rock contents were determined． It is shown that the properties and evolution of fracture and damage of SＲM can be characterized visually and quantitatively through the proposed method． The damage evolution of SＲM and the effects of rock closely relate to the rock content． There is a critical ratio of rock content．
基于CT图像的岩石破裂过程裂纹分形特征分析
第34卷第4期2011年7月河北农业大学学报J OU RNAL OF AGRICU LTU RAL UNIVERSITY OF H EBEIVol.34No.4Jul.2011文章编号:1000 1573(2011)04 0104 04基于CT图像的岩石破裂过程裂纹分形特征分析刘京红1,2, 姜耀东2,3, 赵毅鑫2,3, 祝 捷2,3(1.河北农业大学城乡建设学院,河北保定071001; 2.中国矿业大学力学与建筑工程学院,北京100083;3.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083)摘要:岩石材料存在不同阶次随机分布的微观孔隙和裂纹,其受载后的宏观断裂失稳和破坏与内部微裂纹的分布以及微裂纹的产生、扩展和贯通有密切关系。
通过对岩石CT图像中各点材料进行分析,清晰地看到岩石材料中孔洞及裂纹区域的大小分布随应力的变化过程。
利用分形维数对裂纹扩展至破裂过程进行分析,揭示岩石裂纹从萌生、扩展到贯通的细观破损机理。
为把微观孔隙和裂纹的分布更准确地引入细观力学模型,从而将岩石材料的内部结构与宏观力学性质相关联打下基础。
关 键 词:分形维数;细观力学;CT图像;岩石;裂纹扩展中图分类号:T U457文献标志码:AFractal characteristic analysis of rock breakageprocess based on CT test imagesLIU Jin g hong1,2,JIAN G Yao dong2,3,ZHAO Yi xin2,3,ZH U Jie2,3(1.College o f U rban and Rural Co nstr uction,A g ricultur al U niver sity of H ebei,Bao ding071001,China;2.Schoo l of M echanics&Civil Engineer ing,China U niver sity o f M ining&T echno lo gy,Beijing100083,China;3.State K ey L abo rato ry of Coal Resources and Safe M ining,China U niv ersity ofM ining and T echnolog y,Beijing100083,China)Abstract:T he r ock m aterial featur es random distributio n's microscopic hole and cracks.The rock macroscopic breaks are clo sely related to the internal m icrocrack's distribution as well as their grow th and opening.The change of the ro ck material's internal hole and the slit reg ion size distribution along w ith the stress change process w ere clearly observed through analy sis of the ro ck CT im ages.The fractal dimension w as used to analyze the fracture g row th to the rup ture process of ro ck.The rock breakage m echanism w as rev ealed thr oug h analy sis of the crea tio n,gr ow th and opening o f rock crack.T his analy sis intro duces the micr oscopic ho le and the cr ack distr ibutio n to the meso mechanic m odel accurately and builds the fo undation to connect the rock material's internal structure and the m acroscopic mechanical pr operties.Key words:fractal dimension;m esomechanics;CT test images;ro ck;crack ev olution作为一种复杂的地质材料,岩石材料是具有非均质的不连续的多相复合结构,而且存在着大量各种随机分布的天然缺陷,因此岩石的物理力学特性通常表现为各向异性及非线性。
基于工业CT扫描的岩芯裂缝结构表征
基于工业CT扫描的岩芯裂缝结构表征苑京文;贾东;魏东涛;陈竹新;崔键;吴晓俊【摘要】为了研究泥页岩中裂缝的发育特征,利用工业CT技术对句容盆地的页岩岩芯进行扫描,并使用数字处理技术对页岩的CT扫描图像进行分析,通过VGStudio MAX对CT扫描数据进行重建体模型及裂缝提取,更好的在三维尺度上研究不同矿物组成成分的页岩中裂缝的结构和发育情况及工业CT扫描图的区别.结果发现岩芯中主要存在两组不同走向及倾角的裂缝,一组高角度裂缝,倾角约为70°~90°;一组低角度裂缝,倾角约为30°~40°.依此推测句容盆地在志留纪鲁丹阶以后至少经历两次构造运动.对比不同的矿物组成成分的页岩研究发现,当岩石样品的矿物组成密度差别越大时,工业CT扫描就会越清晰;当岩石样品颗粒度越大时,扫描的效果就会越明显.%In order to study the characteristics of fractures in the shale,we used the industrial CT to scan the shale core in the Jurong basin,and analyzed the CT scanning data of shale by the digital processing technology. We established the model of CT scanning data and extracted the fracture by VGStudio MAX software. In this way we could study the differences between the structure of fractures in the shale which is composed of different mineral composition and the various CT image. The research results show that there are two groups of fractures with different strike and dip of fracture developed. The dip of one group with high angle was approximately 70°~90°;the other group with low angle was approximately 30°~40°. Jurong basin may have experienced at least two tectonic events after the Rhuddanian. The comparison of the shale composed of different composition indicated that the greater densitydifferences of mineral component,the industrial CT scanning image will be more clear, and that the larger size of mineral grain, the effect of scanning will be more obvious.【期刊名称】《高校地质学报》【年(卷),期】2016(022)001【总页数】7页(P200-206)【关键词】CT扫描;无损检测;岩芯裂缝提取;页岩裂缝特征【作者】苑京文;贾东;魏东涛;陈竹新;崔键;吴晓俊【作者单位】南京大学地球科学与工程学院,南京210023;南京大学地球科学与工程学院,南京210023;中国石油勘探开发研究院西北分院,中国石油天然气集团公司油藏描述重点实验室,兰州730020;中国石油勘探开发研究院,北京100083;南京大学地球科学与工程学院,南京210023;南京大学地球科学与工程学院,南京210023【正文语种】中文【中图分类】P618.13页岩气作为非常规油气的接替资源日益受到国内外的重视（董大忠等，2012；姜福杰等，2012；Hill et al，2000）。
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第25卷 第3期岩石力学与工程学报 V ol.25 No.32006年3月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March ，2006收稿日期：2004–10–16；修回日期：2005–04–11基金项目：国家自然科学基金资助项目(10372078，10172071)；陕西省教育厅专项科研计划项目(01JK139)作者简介：尹小涛(1975–)，男，1998年毕业于西安地质学院水文地质与工程地质专业，现为博士研究生，主要从事岩土计算力学方面的研究工作。
E-mail ：yxt9406@ 。
岩土CT 图像中裂纹的形态学测量尹小涛1，党发宁1，2，丁卫华1，2，陈厚群1，3(1. 西安理工大学 岩土工程研究所，陕西 西安 710048；2. 中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点试验室，甘肃 兰州 730000；3. 中国水利水电科学研究院，北京 100044)摘要：利用计算机层析成像(CT)技术提供的岩土体损伤破裂演化图像，定义每一点的CT 数变化量为该像素点CT 数与其后紧邻的同行像素点、其下紧邻的同列像素点的CT 数差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 数变化量标准值ξ = 20，进行了疑似裂纹区的检出操作。
并对其上的几何信息和CT 数信息进行了统计，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。
该工作对于推动岩土工程CT 图像定量化描述具有一定意义。
关键词：岩土力学；CT 图像；裂纹；定量化；提取；几何测量中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)03–0539–06MORPHOLOGIC MEASUREMENT OF CRACK IN CT IMAGES OFROCK AND SOILYIN Xiao-tao 1，DANG Fa-ning 1，2，DING Wei-hua 1，2，CHEN Hou-qun 1，3(1. Institute of Geotechnical Engineering ，Xi ′an University of Technology ，Xi ′an ，Shaanxi 710048，China ；2. State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering ，Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute ，Chinese Academy of Sciences ，Lanzhou ，Gansu 730000，China ；3. China Institute of Water Resources and Hydropower Research ，Beijing 100044，China )Abstract ：Utilizing the evolution images of crack or damage in rock mass and soil offered by computerized tomography(CT) technology ，the changing value of CT number at each pixel is defined to be the maximum of absolute value between the margin of the pixel CT number and that of the proximate pixels in the same row and column respectively. According to the distribution of CT number on scanning section ，the changing criteria of CT number at pixels where ξ equals 20 are defined ；and then the doubtful crack is obtained. Simultaneously ，the geometrical and CT information in the region of crack is computed. Then the length and width of crack are defined and calculated. The work is important to advance the quantitative analysis of CT image in geotechnical engineering forward.Key words ：rock and soil mechanics ；computerized tomography(CT) image ；crack ；quantification ；pick-up ；geometrical measurement1 引 言计算机层析成像(computerized tomography ，CT)技术是一种无损检测技术，可以动态、定量和无损伤地量测岩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缺陷的岩土材料，其内部各种尺度缺陷对其稳定性或强度的影响程度• 540 • 岩石力学与工程学报 2006年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，揭示其破坏机制，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服务[1～4]。
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整治措施。
W. X. Wang [5]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，但其他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。
任建喜和葛修润[8]、丁卫华等[9]提出了对裂纹的测量方法，但由于其借用CT 机上自带的圆形、椭圆形和矩形等规则几何统计区进行测量，这在处理现实中大量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、几何测量和空间描述，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 技术本身带来的测量误差则不在本文的讨论范围之内。
2 CT 技术原理及试验条件CT 设备主要由放射源和探测器组成。
其基本工作原理是利用射线穿透物体，收集由于物体的吸收而衰减了的射线强度。
定义衰减系数μ为射线路径上的线积分，测量并记录足够多的衰减线积分，就可获得令人满意的图像质量。
为了便于在CT 图像间直接进行比较，将CT 值(ρH )定义为物体相对于水的衰减系数，即0001(ww T ×−=μμμρ）H (1)式中：w T μμ，分别为物体和水的衰减系数。
当w T μμ=，水的CT 值为0 Hu ；当a T μμ=，a μ0=(a μ为空气的衰减系数)时，空气的CT 值为－1 000Hu 。
水和空气的CT 值不受射线能量的影响，因此可用它们来标定CT 值。
一般岩土介质的CT 值为－1 024～+3 071 Hu ，因此可获得4 096(212)个不同的CT 值，即每个像素由12位数据表示。
本次CT 试验在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室进口的德国SIMENS SOMATOM PLUS 型CT 机上进行。
该机空间分辨率为0.35 mm×0.35 mm ，可识别的最小体积为0.12 mm 3，密度对比分辨率为0.3%。
加载设备为葛修润院士设计的CT 专用三轴装置：外形尺寸为240 mm×1 000 mm ，最大轴向设计压力为400kN ，最大围压为20 MPa ，轴向工作行程40 mm ，采用油压控制。
本次试验CT 机扫描参数为：电压137 kV ，电流220 mA ，扫描层厚2 mm ，放大系数6.0。
岩样sand19采自陕西省耀县双岔河，为二叠纪长石细砂岩，泥质胶结，容重26.36 kN/m 3，含水量0.25%，将其加工成直径50 mm ，高100 mm 的试件。
试验过程中先将岩样装入三轴压力仓，用CT 床送入扫描空间，未加围压。
在试件未受力时进行初次扫描，然后逐步加轴压，分级加载，平均加荷速率7.29×10－3 MPa/s 。
每次扫描时固定轴压，分5层扫描，间隔2 cm(见图1)，直到岩样破坏时停止试验。
本次试验共确定了CT/–63，CT/–83，CT/–103，CT/–123，CT/–143共5个扫描断面。
图1 CT 扫描层位图 Fig.1 Locations of CT scanning试验结果为8位数存储的灰度图像，图像矩阵大小为512 pixel ×512 pixel ，图像分辨尺寸为0.15 mm ，每个像素点上附带有以12位数存储的CT 数。
3 裂纹的定量化描述3.1 裂纹的提取方法单轴压缩条件下CT 试验共分11个加载步，加上初始扫描，共进行了12次全断面扫描。
现选取数据完整的第5个扫描断面(CT/–143断面)在各荷载步下获取的CT 图像进行分析，如图2所示。
对某点是否隶属于裂纹的判定，可以用该点和相邻各点的密度变化量来衡量。
由于岩石存在初始CT/–63CT/–83CT/–103CT/–123CT/–143第25卷 第3期 尹小涛等. 岩土CT 图像中裂纹的形态学测量 • 541 •(a) σ = 0.00 MPa (b) σ = 8.14 MPa (c) σ= 10.30 MPa(d) σ = 14.02 MPa (e) σ = 16.71 MPa (f) σ= 19.09 MPa(g) σ = 19.93 MPa (h) σ = 20.59 MPa (i) σ= 21.45 MPa( j) σ = 23.05 MPa (k) σ = 25.88 MPa (l) σ = 31.03 MPa图2 第5个扫描断面各加载阶段CT 图像 Fig.2 CT images in different loading stages on the 5thscanning section损伤，所以依据绝对CT 数不易进行裂纹的提取操作，并且单点CT 数随加载过程的变化情况难于获取，且误差较大。
天然缺陷和加载劣化破坏了CT 数在空间一定范围内的分布均匀性，而CT 数的空间分布情况一经扫描就是一组确定的数，这组CT 数的空间分布综合反映了加载过程对材料性质劣化程度的影响及物质空间上的差异性。