1.一种基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、从胶结充填体试样(19)上取一部分制成SEM扫描电镜样品;
步骤二、采用SEM扫描电镜对SEM扫描电镜样品进行扫描,形成SEM电镜扫描图像并存储到计算机(17)中;
步骤三、所述计算机(17)调用高斯滤波处理模块对SEM电镜扫描图像进行高斯滤波处理,得到高斯滤波处理后的SEM电镜扫描图像;
步骤四、所述计算机(17)调用FCM模糊聚类处理模块对进行高斯滤波处理后的SEM电镜扫描图像进行孔隙图像提取,得到与聚类中心数目相等的多个胶结充填体聚类图像;
步骤五、所述计算机(17)将灰度值最小一类的胶结充填体聚类图像确定为胶结充填体微观孔隙图,并对胶结充填体微观孔隙图进行二值化处理,得到胶结充填体微观孔隙二值图;
步骤六、所述计算机(17)将步骤三中得到的高斯滤波处理后的SEM电镜扫描图像与步骤五中得到的胶结充填体微观孔隙二值图进行合并,得到测试样本图像;
步骤七、所述计算机(17)对测试样本图像进行正规化处理,形成像素为960×960的正规化测试样本图像;
步骤八、所述计算机(17)将步骤七中得到的正规化测试样本图像输入预先构建的Tensorflow深度学习力学响应预测网络中,得到单轴力学响应预测结果。
2.按照权利要求1所述的基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法,其特征在于:步骤一中所述SEM扫描电镜样品的长度、宽度和高度均为10mm。
3.按照权利要求1所述的基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法,其特征在于:步骤三中所述计算机(17)调用高斯滤波处理模块对SEM电镜扫描图像进行高斯滤波处理采用的公式为L(x,y)=I(x,y)*G(x,y),其中,I(x,y)表示SEM电镜扫描图像,G(x,y)为高斯滤波函数,L(x,y)为高斯滤波处理后的SEM电镜扫描图像,x为图像的横坐标,y为图像的纵坐标。
4.按照权利要求1所述的基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法,其特征在于:步骤四中所述计算机(17)调用FCM模糊聚类处理模块对进行高斯滤波处理后的SEM电镜扫描图像进行孔隙图像提取,得到与聚类中心数目相等的多个胶结充填体聚类图像的具体过程为:步骤401、定义采用基于样本加权的FCM模糊聚类算法,目标函数为
满足极值的约束条件为
其中,U为模糊矩阵且U=[u11,u22,…,ucn],uik为矩阵U的元
素且uik表示第k个样本点属于第i类的隶属度,n为样本点总数,c为聚类中心数目;V={v1,v2,...vc}是c个类的聚类中心,wk为样本点xk的权值,dik为样本点xk到中心点vi的欧式距离,vi为V的元素,xk为样本集X的第k个样本点且X={x1,x2,...xn},m为隶属度uik的权重指数且m>1;
步骤402、设置聚类中心数目c的值、隶属度uik的权重指数m的值和最小迭代误差ε的值;
步骤403、用公式 更新样本点xk的权值wk;uτj为矩阵U的元素
且uτj表示第j个样本点属于第τ类的隶属度,1≤τ≤c,1≤j≤n;vτ为V的元素;uij为矩阵U的元素且uij表示第j个样本点属于第i类的隶属度;
步骤404、用公式 更新uik;其中,drk为样本点xk到中心点vr的欧式
距离,1≤r≤c;
步骤405、用公式 更新vi;
步骤406、判断是否满足||J(t+1)-J(t)||<ε′,当满足||J(t+1)-J(t)||<ε′时,聚类停止,提取得到与聚类中心数目相等的多个胶结充填体聚类图像;否则,返回步骤403;其中,t为时间。
5.按照权利要求4所述的基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法,其特征在于:步骤402中设置聚类中心数目c的值为4,设置隶属度uik的权重指数m的值为2,设置最小迭代误差ε的取值为0.3。
6.按照权利要求1所述的基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法,其特征在于:步骤八中所述Tensorflow深度学习力学响应特性预测网络的构建方法为:步骤801、从多个编号后的各个胶结充填体试样(19)上取一部分制成SEM扫描电镜样品,剩余部分作为单轴抗压强度测试样品;并对多个SEM扫描电镜样品和多个抗压强度测试样品一一对应编号;
步骤802、采用胶结充填体单轴抗压强度测试装置分别对多个抗压强度测试样品进行单轴抗压强度测试,并对测得的多个抗压强度测试样品的单轴抗压强度取均值,得到胶结充填体试样(19)的单轴抗压强度;
步骤803、获取Tensorflow深度学习力学响应特性预测网络的训练样本图像,具体过程为:
步骤8031、采用SEM扫描电镜分别对多个SEM扫描电镜样品进行多次扫描,形成多个SEM电镜扫描图像并存储到计算机(17)中;所述SEM电镜扫描图像的数量至少为150个;
步骤8032、所述计算机(17)调用高斯滤波处理模块分别对多个SEM电镜扫描图像进行高斯滤波处理,得到多个高斯滤波处理后的SEM电镜扫描图像;
步骤8033、所述计算机(17)调用FCM模糊聚类处理模块分别对多个进行高斯滤波处理后的SEM电镜扫描图像进行孔隙图像提取,得到多组胶结充填体聚类图像,每组胶结充填体聚类图像中胶结充填体聚类图像的数量与聚类中心数目相等;
步骤8034、所述计算机(17)将每组胶结充填体聚类图像中灰度值最小一类的胶结充填体聚类图像确定为胶结充填体微观孔隙图,并对多个胶结充填体微观孔隙图进行二值化处理,得到多个胶结充填体微观孔隙二值图;
步骤8035、所述计算机(17)将步骤8032中得到的多个高斯滤波处理后的SEM电镜扫描图像与步骤8034中得到多个的胶结充填体微观孔隙二值图按照编号对应进行合并,得到多个训练样本图像;
步骤804、所述计算机(17)分别对多个训练样本图像进行正规化处理,形成多个像素为
960×960的正规化训练样本图像;
步骤805、所述计算机(17)构建一个卷积网络核的层数为五层、输入层为正规化训练样本图像、输出层为正规化训练样本图像对应的单轴抗压强度的Tensorflow深度学习网络,将其存储的多个正规化训练样本图像作为训练样本,对Tensorflow深度学习网络进行训练,得到Tensorflow深度学习力学响应特性预测网络;所述Tensorflow深度学习力学特性响应预测网络五层卷积网络核的大小从一层到第五层分别为3x3,2x2,3x3,2x2,2x2。
7.按照权利要求6所述的基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法,其特征在于:步骤802中所述胶结充填体单轴抗压强度测试装置包括座垫(10)和固定连接在座垫(10)顶部的多根拉杆(8),以及用于给胶结充填体试样(19)施加轴向压力的轴向加压传力机构和用于给轴向加压传力机构提供动力的轴向加压动力系统;所述座垫(10)的底部固定连接有多个底座(15),所述座垫(10)的顶部设置有用于放置胶结充填体试样(19)的试样放置槽,所述座垫(10)上位于所述试样放置槽的中心位置处设置有排水阀(5);多根拉杆(8)的中部设置有用于固定多根拉杆(8)的固定架(11),多根拉杆(8)的上部固定连接有顶部装载板(9);所述轴向加压传力机构包括安装在顶部装载板(9)上的气缸(2),所述气缸(2)的活塞杆向下设置,所述气缸(2)的活塞杆底部连接有压力传递板(3);所述轴向加压动力系统包括压缩空气气源(4)和加压控制器(18),以及一端与压缩空气气源(4)连接、另一端与气缸(2)连接的气体输送管(1);所述气体输送管(1)上从连接压缩空气气源(4)到连接气缸(2)的位置依次设置有气动三联件(12)、压力传感器(13)和气缸控制电磁阀(14),所述压力传感器(13)与加压控制器(18)的输入端连接,所述气缸控制电磁阀(14)与加压控制器(18)的输出端连接,所述加压控制器(18)通过通信模块(16)与计算机(17)连接。
8.按照权利要求7所述的基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法,其特征在于:所述试样放置槽内设置有套装在胶结充填体试样(19)底部的O型密封圈(6),所述座垫(10)上设置有位于所述试样放置槽周围的多孔石(7)。
9.按照权利要求8所述的基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法,其特征在于:所述加压控制器(18)为可编程逻辑控制器,所述通信模块(16)为RS-485通信模块。
10.按照权利要求8所述的基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法,其特征在于:步骤802中所述采用胶结充填体单轴抗压强度测试装置分别对多个抗压强度测试样品进行单轴抗压强度测试,其中对每个抗压强度测试样品进行单轴抗压强度测试的具体过程为:步骤8021、将O型密封圈(6)放入所述试样放置槽内后,将胶结充填体试样(19)放入所述试样放置槽内,使胶结充填体试样(19)的中心与气缸(2)的活塞杆和压力传递板(3)的中心相对应;并在座垫(10)上放入位于所述试样放置槽周围的多孔石(7);
步骤8022、打开压缩空气气源(4),通过调节气动三联件(12)调节压缩空气气源(4)输出的压缩空气的气压,加压控制器(18)通过控制气缸控制电磁阀(14)换向,控制气缸(2)的活塞杆向下或向上运动,对胶结充填体试样(19)施加压力或卸载压力,将胶结充填体试样(19)破裂时加压控制器(18)采集到的压力传感器(13)检测的压力值记为F,加压控制器(18)将压力值F传输给计算机(17),计算机(17)根据公式 计算得到抗压强度测试样品的单轴抗压强度P;其中,S为抗压强度测试样品的顶面面积;当气缸(2)的活塞杆向下运动时,带动压力传递板(3)向下运动,通过压力传递板(3)给胶结充填体试样(19)施加压力,当气缸(2)的活塞杆向上运动时,带动压力传递板(3)向上运动,压力传递板(3)离开胶结充填体试样(19)的上表面,卸载压力。