閆學(xué)寬

摘要：目前來看，在展開巖土工程勘察工作時，主要是根據(jù)建設(shè)單位或設(shè)計單位所提供的平面直角坐標(biāo)系來進(jìn)行勘察，要對工程項目建設(shè)范圍內(nèi)的地基土鉤沉情況、巖土分布區(qū)情況以及巖土特性進(jìn)行確定，從而為工程項目建設(shè)提供合理的物理力學(xué)參數(shù)，這樣可以使工程設(shè)計以及施工工作的開展更為順利。當(dāng)前，我國巖土工程勘察中存在的問題主要包括地質(zhì)形態(tài)問題、巖土參數(shù)問題以及界面劃分問題等幾個方面，只有對其進(jìn)行針對性解決才能使工程勘察效果得到有效優(yōu)化，因此，對工程勘察過程中的技術(shù)問題進(jìn)行深入分析是非常有必要的。

關(guān)鍵詞：巖土材料;非均勻變形;剪切帶;精細(xì)測量;子區(qū)分割

引言

實際工程中所涉及的土壤大多處于非飽和狀態(tài)。非飽和土研究的首要問題是如何快速合理地獲取土-水特征曲線（SWCC）。SWCC對于預(yù)測和分析非飽和土的持水性、滲透性、變形和強(qiáng)度特性等都具有重要意義。因此，國內(nèi)外學(xué)者對其測量方法開展了大量研究。

1環(huán)繞測點(diǎn)子區(qū)分割一階DIC方法

當(dāng)測點(diǎn)遠(yuǎn)離剪切帶時，一階形函數(shù)可以較準(zhǔn)確地描述子區(qū)變形.但是，當(dāng)測點(diǎn)位于剪切帶邊界附近時，由于剪切帶內(nèi)外的變形有很大不同，子區(qū)可能覆蓋2種及以上的變形.這樣，一階形函數(shù)并不適用.若使用高階形函數(shù)，則計算效率降低.同時，現(xiàn)有子區(qū)分割方法具有分割線不易確定的缺點(diǎn).為此，本文提出環(huán)繞測點(diǎn)子區(qū)分割一階DIC方法（改進(jìn)子區(qū)分割方法）：通過對相關(guān)性不好的子區(qū)（原始子區(qū)）進(jìn)行有限分割，始終在測點(diǎn)周圍構(gòu)造4個后代子區(qū)，一些后代子區(qū)將位于剪切帶邊界附近且變形較均勻的區(qū)域.這樣，利用一階DIC方法即可搜索到相關(guān)性最好的后代子區(qū)，以改善剪切帶邊界附近位移測量精度。

2非均勻應(yīng)變場測量

受載荷或環(huán)境條件（其位移或拉伸字段通常非常復(fù)雜）影響而改變的設(shè)計體系結(jié)構(gòu)。要有效地模擬實際應(yīng)變測量，需要考慮非均勻場的應(yīng)變測量。使用相同的方法，使用2.1節(jié)創(chuàng)建模擬散點(diǎn)圖以創(chuàng)建兩個無噪波的非均勻變形散點(diǎn)圖，并使用“x軸”選項應(yīng)用漫反射斑點(diǎn)圖像x軸的非均勻變形。對于變形前后的兩個數(shù)字散點(diǎn)圖，使用newtonrapson方法精確計算亞洲像素的位移，并通過局部最小二乘法平差求解拉伸，如圖1所示。這三種方法的最大值、最小值、絕對誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果表明，噪聲后局部平滑度的計算總體上最接近實際理論應(yīng)變值，誤差分布較為合理，表明可采用非均勻應(yīng)變變形的計算方法。

2.1最小二乘擬合的局限性

最小二乘擬合的主要思想是使計算窗口內(nèi)測點(diǎn)的位移擬合值與測量值偏差的平方和Eu達(dá)到最小。Eu可以表示為

式中：（xij，yij）是計算窗口中測量點(diǎn)的坐標(biāo);Uij是測量桿的位移測量值。對于均勻變形下的應(yīng)變測量，最小二乘法形狀具有較高的精度。但是，在變形不均勻的條件下進(jìn)行應(yīng)變測量（例如應(yīng)變定位區(qū)的應(yīng)變測量）時，最小二次擬合可能會引起很大誤差。當(dāng)計算窗口處于不均勻變形范圍內(nèi)時，計算窗口中某些測量點(diǎn)的應(yīng)變與其它測量點(diǎn)有很大的不同，相當(dāng)于計算窗口中的“異常值”。最小二乘擬合采用平方函數(shù)測量偏差，增加了數(shù)據(jù)中離群值的破壞性影響。為了抑制計算窗口中“離群值”對應(yīng)變測量的影響，使用絕對值函數(shù)代替平方函數(shù)，從而顯示最小二乘法平差。

2.2基于局部加權(quán)回歸平滑去噪技術(shù)

首先注意實際結(jié)構(gòu)位移場的復(fù)雜性，考慮應(yīng)變計算的局部最小二乘法擬合，并采用局部噪聲平滑策略：選擇相應(yīng)的計算窗口，在偏移位置選擇窗口中調(diào)整部分?jǐn)?shù)據(jù);窗口內(nèi)及其相鄰數(shù)據(jù)的加權(quán)回歸，以獲得每個計算窗口中的中心值：權(quán)重與所需中心相反。連續(xù)移動窗口以根據(jù)下一個計算窗口中的數(shù)據(jù)計算中心，直到計算完整個區(qū)域。復(fù)雜應(yīng)變場對實際結(jié)構(gòu)，計算過程中位移函數(shù)的第二多項式，局部平滑濾波策略考慮位移場的復(fù)雜性，得到更真實的位移場數(shù)據(jù)，即。對話框，您可以根據(jù)需要在相鄰的局部區(qū)域中選擇不同的回歸方程。選取計算視窗大小會影響配合的平滑度。窗口越大，位移字段越平滑，但窗口太大，無法扭曲部分?jǐn)?shù)據(jù)。因此，自定義窗口非常重要。

3結(jié)論

1）本文提出了致力于改善非均勻變形測量精度的環(huán)繞測點(diǎn)子區(qū)分割一階DIC方法，其實質(zhì)是將相關(guān)性不好的原始子區(qū)以測點(diǎn)為中心有限細(xì)分，利用一階DIC方法在變形相對均勻區(qū)域搜索到相關(guān)性最好的后代子區(qū).2）基于梯度塑性理論和仿射變換，制作了含水平虛擬剪切帶的圖像.通過對虛擬剪切帶變形過程中位移進(jìn)行測量，驗證了本文方法的正確性，并與基于粒子群優(yōu)化和Newton-Raphson迭代的粗-細(xì)方法的結(jié)果進(jìn)行了對比.研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粗-細(xì)方法的誤差大時，本文方法的效果明顯;對于通常大小的子區(qū)，最大分割次數(shù)取為1即可，對于較大的子區(qū)，最大分割次數(shù)取值才可大于1.

結(jié)束語

本文研究了局部最小二乘法平滑應(yīng)變測量算法，以提高數(shù)字圖像相關(guān)應(yīng)變測量的精度。②距離測量數(shù)值計算誤差是最小二乘應(yīng)變計算的主要誤差來源之一。若要避免拉伸值發(fā)生扭曲，請平滑計算的移動字段并抑制錯誤。①選擇非均勻變形函數(shù)，應(yīng)用牛頓法求解位移場，用位移場局部權(quán)重平滑噪聲，并結(jié)合場與局部最小二乘法擬合求解應(yīng)變場。本文給出了一種符合最小二乘法的局部平滑應(yīng)變測量算法，線性回歸是一種具有柔性模型幾何圖形的簡單非線性模型，其中噪聲效應(yīng)清晰可見且易于編程，可用于復(fù)雜應(yīng)變場的測量。

參考文獻(xiàn)：

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