本技术公开了一种基于图像分形维数的TBM破岩效率评价方法,涉及TBM施工评价研究技术领域,包括以下步骤:搭建获取岩渣图像的拍摄平台,对获取的岩渣图像进行预处理;依照Sandbox法基本原理,针对岩碴图像特点在原有模型的基础上进行改进,基于Matlab平台编写了图像分形维数的计算程序,把图片导入计算程序以获取图像分形维数;设计拍摄高度对比上述步骤所得图像分形维数的性能和适用条件,并与传统盒计数法进行了对比;分析图像分形维数与比能、粗糙度指数的相关性来确定其与TBM破岩效率的关系;本发明可以用于在某一项目中评价破岩效率,比较破岩效率是增大了还是减小了,进而调整施工策略。
背景技术
随着我国地下空间开发程度的不断提高,施工难度也在逐步增加。相较之下,TBM具有施工速度快、施工成本低、施工质量好和安全性优异的优点,成为隧道施工的首选方法。如何在保障安全施工的前提下提高掘进效率,同时减少刀具磨耗,成为盾构施工领域最为关注的焦点问题之一。TBM掘进过程中产生的岩碴包含丰富信息,可综合反馈围岩情况与TBM破岩效率。
分形理论在岩石破碎研究领域有着广阔的应用前景,与爆破碎石、风化岩片类似,盾构掘进岩碴也具有显著的自相似性、不规则性和非线性,说明岩碴是分形学理想的研究对象,用合适的分形维数计算方法,可对模糊的岩碴特性进行量化,为分形学研究岩渣提供了理论依据。
如徐泽民等结合岩碴粒径分布情况,对刀具破岩状态进行了分析,认为可根据碴料中岩块与岩粉的相对含量对掘进效率进行判断;为准确预测破岩效率并优化掘进参数,学界提出了数种描述岩碴整体粒径分布状况的定量指标,并分析了这些指标与掘进机能耗评价指标、掘进参数的相关性。Matsui等通过室内撞击试验发现,破碎岩石的分形维数越大,消耗能量越多。闫长斌等对岩碴进行筛分,探究了不同岩石强度、岩石耐磨性条件下粗糙度指数的变化,并利用粗糙度指数对最优掘进推力区间进行了预测。粗糙度指数过度地关注大粒径岩碴占比,而忽视了较小粒径岩碴的分布情况,同时,筛孔的形状、尺寸以及筛网的数量和级别都在一定程度上影响着筛分结果。此外,筛分试验耗时长、劳动量大的特点也限制了粗糙度指数的分析效率。
现有的隧道掘进岩碴信息的提取与利用存在以下问题:在定性分析实用性欠佳的情况下,定量分析岩碴粒径质量分布的指标单一,缺乏一种能够快速、准确评价岩碴质量分布的定量指标,以便于对掘进效率、掘进参数进行更精准的优化。因此,现在亟需研发一种多指标定量分析岩渣粒径质量分布的方法,对TBM破岩效率进行快速、高效评价。
实现思路