Visualizzazione del fallimento e del comportamento meccanico associato della scala del grano dei suoli granulari sotto Shear utilizzando la microtografia a raggi X del synchrotron

Summary

Il protocollo descrive le procedure per acquisire immagini di tomografia computerizzata (CT) ad alta risoluzione spaziale di un suolo granulare durante la compressione triassiale e per applicare tecniche di elaborazione delle immagini a queste immagini CT per esplorare il comportamento meccanico su scala granulosa di il terreno sotto carico.

Abstract

Il rapido sviluppo di tecniche di imaging a raggi X con competenze di elaborazione e analisi delle immagini ha permesso l'acquisizione di immagini TC di terreni granulari ad alte risoluzioni spaziali. Sulla base di tali immagini Ct, il comportamento meccanico su scala di grana come la cinematica delle particelle (cioè le traduzioni di particelle e le rotazioni delle particelle), la localizzazione della deformazione e l'evoluzione del contatto tra particelle dei suoli granulari possono essere studiati quantitativamente. Tuttavia, questo è inaccessibile utilizzando metodi sperimentali convenzionali. Questo studio dimostra l'esplorazione del comportamento meccanico su scala del grano di un campione di terreno granulare sotto compressione triaxiale utilizzando la microtografia a raggi X del sincrotrone (CT). Con questo metodo, un apparato di carico in miniatura appositamente fabbricato viene utilizzato per applicare sollecitazioni confinanti e assiali al campione durante la prova triassiale. L'apparecchio è inserito in una configurazione di tomografia a raggi X del sincrotrone in modo che le immagini TC ad alta risoluzione del campione possano essere raccolte in diverse fasi di caricamento del test senza alcun disturbo al campione. Con la capacità di estrarre informazioni su scala macro (ad esempio, sollecitazioni e tensioni limite del campione dall'impostazione dell'apparato triaxiale) e la scala del grano (ad esempio, i movimenti della granulosità e le interazioni di contatto dalle immagini CT), questa procedura metodologia efficace per studiare la meccanica multiscala dei suoli granulari.

Introduction

È ampiamente riconosciuto che le proprietà meccaniche su macroscala del suolo granulare, come rigidità, resistenza all'taglio e permeabilità, sono fondamentali per molte strutture geotecniche, ad esempio fondazioni, pendenze e dighe di riempimento delle rocce. Per molti anni, sono stati utilizzati test in loco e test di laboratorio convenzionali (ad esempio, test di compressione unidimensionali, test di compressione triassiale e test di permeabilità) per valutare queste proprietà in terreni diversi. Sono stati sviluppati anche codici e standard per testare le proprietà meccaniche del suolo per scopi ingegneristici. Sebbene queste proprietà meccaniche su macroscala sia....

Protocol

1. Progettare l'esperimento con largo anticipo

1. Determinare il materiale di prova, la dimensione delle particelle, la dimensione del campione e la porosità iniziale del campione.
   NOTA: La sabbia di Leighton Buzzard con un diametro di 0,15,30 mm e una dimensione del campione di 8 x 16 mm (Diametro x Altezza) viene utilizzata come esempio per dimostrare il protocollo di questo studio. Altre sabbie come la sabbia del Fujian, la sabbia di Houston, la sabbia di Ottawa e gli ooidi di Caicos, ecc. e simili dimensioni di campioni possono essere utilizzati anche.
2. Scegliere un rilevatore appropriato (Figura 1A....

Results

Figura 5 illustra i risultati della cinematica delle particelle di un campione di sabbia Leighton Buzzard (LBS) in una fetta 2D durante due incrementi tipici di taglio, I e II. La maggior parte delle particelle sono tracciate con successo e le loro traslazioni e rotazioni sono quantificate seguendo il protocollo di cui sopra. Durante il primo incremento di taglio, né gli spostamenti delle particelle né le rotazioni delle particelle mostrano una localizzazione chiara. Tuttavia, una banda loca.......

Discussion

Le tecniche avanzate di elaborazione e analisi delle immagini hanno permesso l'analisi sperimentale del comportamento meccanico dei suoli granulari sotto taglio a livelli multiscala (cioè su macroscala, meso-scala e livelli di scala del grano). Tuttavia, le indagini su meso e su scala di grano basate su immagini CT richiedono l'acquisizione di immagini CT ad alta risoluzione spaziale di campioni di suolo durante il caricamento. L'aspetto più impegnativo di questo processo è forse la fabbricazione di un apparato di carico.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dispositivo di offerta di pressione di confinamento	GDS	STDDPC
Acqua disaerata	N/A	N/A	Acqua disaerata in laboratorio
Sabbia di poiana Leighton	Erba artificiale Sabbia	industriale drenata Cambridge 25 kg	Può essere sostituito con terreni diversi
Dispositivo di carico triassiale in miniatura	N/A	N/A	Il dispositivo di caricamento in miniatura è appositamente fabbricato dal autori
Grasso al silicio	RS azienda	RS 494-124
Radiazione di sincrotrone Micro CT configurazione	Shanghai Synchrotron Radiation Facility Center (SSRF)	13W1	Il test triassiale viene eseguito presso la linea di fascio BL13W della pompa a vuoto SSRF
	Hong Kong Labware Co., ltd.	Bilanciere 300