2020年6月2日课题组硕士生尚进鑫、田聪、牛方义和刘长博顺利通过线上硕士学位答辩

受疫情影响，2020年6月2日上午8:00开始，课题组（指导老师陈曦）尚进鑫、田聪、牛方义和刘长博通过线上方式进行了硕士学位论文答辩。

尚进鑫的硕士论文题目为“强时效性的基于数字图像处理的粗颗粒土粒径信息识别技术研究”。摘要为：进行粗粒土土样粒径分析并获得颗粒级配曲线的传统方法是筛分法，虽然采用筛分法进行粒径分析简单直观，但是操作繁琐且不能即时得到室外原状土的颗粒级配信息。为了解决这一问题，开展了基于数字图像处理的粗颗粒土级配信息识别技术研究，主要研究内容及成果如下：（1）对常用的图像分析方法进行研究比选，使用局部自适应阈值法对图像进行二值化处理，使用分水岭算法对图像中的粘结部分进行分割，可以在保留更多细节的同时，对颗粒的粘结部分更好的分割，并分别对颗粒数目较少和较多时等不同类别的图像分别进行了分析，验证了结果的可靠性;（2）技术数字图像处理技术开发了强时效的粗颗粒土粒径分析系统，可以通过手机摄像头获取图像照片，然后通过对图像的分析识别获取土颗粒的颗粒级配曲线，并根据颗粒级配曲线可得到土颗粒的d10、d30、d60、Cu、Cc等信息；（3）将开发的系统应用于TBM传送带渣料监控，可以实现对渣料图像进行s实时分析处理，并在根据分析结果得到前方围岩等级较差、此时耗刀量高等信息时，发出警告信息。

田聪的硕士论文题目为“基于非连续布置优化方法及非关联塑性的岩土体稳定性研究”。摘要为：岩土体稳定性分析方法主要有极限平衡法，极限分析法，有限元法及滑移线法。本文采用一种基于能量原理的新型岩土稳定性分析方法，即非连续布置优化（Discontinuity Layout Optimization或DLO）方法开展岩土体稳定性分析和研究。该方法通过在岩土体求解域内建立一系列不连续（段），通过求解各不连续上的做功与能量损耗，基于能量守恒法则建立能量优化方程，通过求解该能量优化方程能够给出岩土体模型的破坏模式，即使系统总能量损耗最小的模式。本文主要研究内容及结论如下：（1）对非连续布置优化方法原理进行了介绍，强调该方法是一种极限分析上限法。基于非连续布置优化原理开发了相应算法并编制了PYTHON程序。通过具体算例介绍了非连续布置优化方法的实施步骤，并给出了非连续布置优化算法的具体实施流程。（2）将非连续布置优化方法应用于几种典型的岩土体稳定问题中，主要包括挡土墙、边坡、地基等问题。其中，针对挡土墙问题，将自开发非连续布置优化的结果与参考文献给出的结果进行对照；针对边坡稳定性的情况，分别对均质与非均质情况下的边坡进行了分析，同时利用有限元程序的结果与自开发非连续布置优化的结果进行对照；针对地基承载力问题，与Terzaghi公式的理论解进行了对比。同时检验了非连续布置优化方法在岩土工程问题中的适用性。（3）将Davis公式应用到非连续布置优化方法中，使非连续布置优化方法能够用于非关联塑性岩土体的稳定性分析。分别对不应用Davis公式、应用原始Davis公式和应用修正Davis公式几种情况下的边坡稳定性分析结果进行了对比。结果表明：应用Davis公式与不应用Davis公式所获得的稳定性分析结果会有较大差别，因此进行岩土体稳定性分析时，考虑非关联塑性是十分必要的；此外，在岩土体非关联程度很大时，应用修正Davis公式计算的结果相对原始Davis公式计算的结果更合理。

牛方义的硕士论文题目为“钢纤维喷射混凝土的数值建模及其在隧洞支护衬砌中的应用”。摘要为：随着施工水平的不断提高，钢纤维喷射混凝土支护技术在土木工程建设领域中被广泛采用。作为一种多相复合材料，其具有较为复杂的空间内部结构，研究时若简单采用均质化方法并忽视钢纤维的空间分布特征，会难以反映钢纤维分布、钢纤维与混凝土基体之间的相互作用对其力学行为的影响。本文采用多尺度研究思想，首先从细观层次对钢纤维喷射混凝土代表体积单元进行数值模拟分析，研究钢纤维取向、钢纤维含量、钢纤维长径比对其物理力学性能的影响；然后从宏观层次建立三种钢纤维喷射混凝土支护方案数值模型，研究各支护方案在隧道开挖支护中的适宜性和技术性要求。通过以上研究，本文获得的主要成果如下：（1）钢纤维在喷射混凝土中的空间分布概率密度满足正弦函数形式，基于概率密度函数建立了钢纤维三维数值模型。（2）①钢纤维分布对混凝土基体力学性能的影响。沿外力作用方向分布的钢纤维能更好的发挥抗力作用，帮助混凝土基体分担应力；钢纤维在外力作用方向附近发生角度改变时，对混凝土基体力学性能产生较大影响；在喷射角度与外荷载作用方向垂直情况下，钢纤维喷射混凝土的受力性能优于钢纤维浇筑混凝土。②钢纤维含量对混凝土基体力学性能的影响。混凝土基体的最大主应力出现在钢纤维含量较少的边界区域，其值约为内部区域最大主应力的2~3倍，随着钢纤维含量的增加，混凝土基体的平均应力逐渐降低。③高压喷射作用下钢纤维喷射混凝土与围岩表面产生较高的粘结强度，从而使其更好地承担围岩压力，控制围岩变形。（3）钢纤维主要影响混凝土裂缝发展阶段和破坏阶段的力学行为，对弹性阶段的力学行为影响较小。钢纤维对混凝土弹性模量、抗压强度的影响较小，可认为同等级钢纤维增强混凝土与普通混凝土的弹性模量、抗压强度近似相等；钢纤维的掺入明显改善混凝土的延性，提高混凝土的残余强度和破坏阶段的变形能力。（4）设计三种支护方案并进行数值模拟研究，从隧道变形控制角度对各方案进行了适宜性和技术性探讨；研究了喷层厚度和隧道埋深对钢纤维喷射混凝土支护技术的影响。

刘长博的硕士论文题目为“基于数字图像相关方法的非接触测量技术及其在岩土体变形中的应用”。摘要为：数字图像相关（Digital Image Correlation, DIC）方法是一种非接触的新型全场位移变形量测光学方法，相较于其他量测方法其不仅量测条件要求较低还具有数据获取简单、非接触、量测精度高、全场测量等优点。近年来，随着计算机性能的进步，相机像素的提高，数字图像相关方法被广泛应用在医学、材料科学、航空航天等领域，并且拥有不错的试验效果，取得了长足的发展和进步。本文总结了现有的各种位移变形量测方法，比较了它们在量测精度与操作简便性等方面的优劣。数字图像相关方法是位移变形量测发展的趋势，但是目前还存在受环境光变化影响较大，对于发生旋转变形的试验试件测量精度较低等缺陷，本文详细介绍了该方法的原理，并基于岩土工程试验的特点，针对图像相关方法的几个关键步骤做了改进与优化，提高其在岩土工程试验中的量测精度与计算效率。 首先，本文提出了一种灰度消差算法以降低环境光变化对量测结果影响，并通过试验对比发现当光强变化在40%以内及60%-100%之间时，灰度消差法对位移计算精度及计算稳定性提升明显，介绍了像素虚拟位移向真实位移转换的位移转换标定方法，提出了一种用于镜头成像畸变较明显的基于霍夫变换直线检测的位移转换标定法，通过其生成的像素当量场与像素位移场相乘得到试验中的真实位移场。 其次，通过对比逐点遍历搜索、十字搜索、基于粒子群优化算法的整像素搜索方法在各种级别分辨率的图像中的搜索时间，本文提出了一种基于计算图像区域大小的组合整像素搜索方法，该方法既最大限度地发挥了粒子群优化搜索方法和十字搜索法的速度优势，又一定程度上避免了它们陷于局部最优所引起的误差，对于分辨率较高的图片或经插值处理后的超分辨率图片的整像素搜索速度提升明显。 再次，针对岩土工程材料的不连续性及其易出现应变局部化的变形特点，在整像素搜索与亚像素搜索过程之间加入了基于双线性亚像素插值的旋转匹配搜索过程，并介绍了其原理步骤。最后，基于PYTHON语言编写了主程序及图形交互界面并设计了三组试验验证了程序的可行性，通过无应力状态下砂土位移试验与刚体旋转试验验证了本文程序对岩土试验环境中的砂土颗粒形成的天然散斑数字图像识别良好，通过砂土地基模型集中荷载下的位移场测量模拟分析验证了本文程序在一般情况下可以达到量测精度要求。