基于改进型的k-means聚类算法的冻融岩石ct图像内容识别及损伤分析

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1、西安科技大学硕士学位论文基于改进型的k-means聚类算法的冻融岩石CT图像内容识别及损伤分析专业名称：固体力学作者姓名：张雪娇指导教师：张嘉凡论文题目：基于改进型的k-means聚类算法的冻融岩石CT图像内容识别及损伤分析专业：固体力学硕士生：张雪娇(签名)指导教师：张嘉凡(签名)摘要寒区工程常年发生各种工程问题甚至灾害，其中冻融循环作用是引发工程结构受损的主要原因。由于岩石是一种天然损伤材料，且具有相当复杂的非线性特征，从一般研究方法或决定论角度出发分析和解决岩石冻融循环损伤问题是十分困难的。于是本文从唯象学角度出发，以试验研究为基础，采用CT扫描图像分析与统计损伤理论相结合的

2、方法，系统地研究了岩石在不同冻融循环次数下的物理特性以及损伤演化规律，为寒区岩土工程稳定性评价提了供理论基础。将工程现场获取的新鲜红砂岩岩块，加工制为标准岩石试件；针对标准试件进行不同冻融循环次数试验；采用CT扫描技术对冻融0次，5次，10次，20次，40次数下的岩样进行扫描；针对原始CT扫描图像，先采用中值滤波技术进行减噪预处理，再应用一种结合了灰度直方图以及模糊识别的改进型k-means聚类分析算法对预处理后的扫描图像进行归类识别。以冻融岩石CT扫描图像聚类识别后的数据为基础，从宏观损伤力学角度出发，引入以有效承载区折减概念为基础的损伤变量，结合数据概率分布特点，验证得出新损伤变量

3、服从以冻融循环次数为变量的威布尔分布，同时结合分布参数拟合结果，表明岩石受冻融循环作用所发生的损伤破坏为一类耗损型失效事件，岩样损伤分布具有顶底大，中间小的特征。结合冻融岩石试验结果以及岩石冻融损伤特性分析，认为以冻融岩石CT扫描图像为损伤研究对象，采用统计分析手段建立损伤演化模型具有可行性和合理性，且该研究手段具有无损、简易等操作特点，对相关研究亦具有借鉴意义。关键词：岩石；冻融循环；损伤演化；聚类分析研究类型：基础研究SubjectTheResearchofFreeze-ThawRockDamageCharacteristics:BasedonaModifiedk-meansClu

4、steringAlgorithmSpecialty:SolidMechanicsName:ZHANGXue-jiao(Signature)Instrutor:ZHANGJia-fan(Signature)ABSTRACTAvarietyofengineeringproblems,andevendisasters,alwayshavehappenedinColdregionsamongwhich,thefreeze-thawcycleeffectisthemainreasonofengineeringstructuredamage.Becausetherockisakindofnatur

5、aldamagematerial,andithasverycomplexnonlinearcharacteristics,it’sverydifficulttoanalyzeandsolvetheproblemoffreeze-thawcyclewiththeangleofthegeneralresearchmethodsordeterminism.Sothispaperembarksfromthephenomenologicalperspective,basedontheexperimentalstudy,usingthemethodofcombiningCTscanningimag

6、eanalysiswithstatisticaldamagetheory,systematicallystudiedthemechanicalpropertiesofrockunderdifferentfreeze-thawcyclesandthedamageevolutionrule.Thefreshredsandstonerockwasobtainedfromtheengineeringfieldandprocessedintostandardtestspecimen,andcarriedoutdifferentfreeze-thawcyclesexperimentinviewof

7、thetestspecimen;usingCTscantechnologytoscantherockthatunder0,5,10,20,40timesoffreeze-thawprogressing;InviewoftheoriginalCTscanimages,first,themedianfilteringtechnologywasadoptedasthenoisereducepretreatment,then,akindofimprov