Visualisatie van falen en het bijbehorende mechanische gedrag op korrel schaal van korrelvormige bodems onder afschuiving met behulp van Synchrotron X-Ray micro-tomografie

Summary

Het protocol beschrijft procedures voor het verkrijgen van hoge-ruimtelijke resolutie computertomografie (CT) beelden van een korrelige bodem tijdens triaxiale compressie, en het toepassen van beeldverwerkingstechnieken om deze CT-beelden te verkennen van de korrel schaal mechanisch gedrag van de bodem onder het laden.

Abstract

De snelle ontwikkeling van Röntgen beeldvormingstechnieken met beeldverwerkings-en analyse vaardigheden heeft de overname van CT-beelden van korrelvormige bodems met hoge ruimtelijke resoluties mogelijk gemaakt. Op basis van dergelijke CT-afbeeldingen kan mechanisch gedrag op korrel schaal, zoals deeltjes kinematica (d.w.z. deeltjes vertalingen en deeltjes rotaties), de lokalisatie van de stam en de onderlinge contact evolutie van korrelige bodems kwantitatief worden onderzocht. Dit is echter niet toegankelijk met conventionele experimentele methoden. Deze studie toont de verkenning van het mechanische gedrag op korrel schaal van een korrelig bodemmonster onder triaxiale compressie met behulp van Synchrotron X-Ray micro-tomografie (μCT). Met deze methode wordt een speciaal vervaardigde miniatuur laadinrichting gebruikt voor het aanbrengen van opsteek-en axiale spanningen op het monster tijdens de triaxiale test. Het apparaat is ingebouwd in een Synchrotron X-Ray computertomografie Setup, zodat hoge ruimtelijke resolutie CT-beelden van het monster kunnen worden verzameld in verschillende laad stadia van de test zonder verstoring van het monster. Met de mogelijkheid om informatie op de macro schaal te extraheren (bijvoorbeeld de grens spanningen en-stammen van de triaxiale installatie) en de korrel schaal (bv. korrel bewegingen en contact interacties van de CT-beelden), biedt deze procedure een effectieve methodologie om de Multi-Scale mechanica van korrelvormige bodems te onderzoeken.

Introduction

Het wordt alom erkend dat de mechanische eigenschappen van korrelvormige grond, zoals stijfheid, afschuifsterkte en permeabiliteit, van cruciaal belang zijn voor vele geotechnische constructies, bijvoorbeeld stichtingen, hellingen en rotsvuldammen. Gedurende vele jaren zijn tests ter plaatse en conventionele laboratoriumtests (bijv. eendimensionale compressie tests, triaxiale compressie tests en permeabiliteit tests) gebruikt om deze eigenschappen in verschillende bodems te evalueren. Codes en normen voor het testen van bodem mechanische eigenschappen zijn ook ontwikkeld voor technische doeleinden. Hoewel deze mechanische eigenschappen van de macro schaal intensief zi....

Protocol

1. het experiment goed op voorhand ontwerpen

1. Bepaal het testmateriaal, de deeltjesgrootte, de monstergrootte en de initiële porositeit van het monster.
   Opmerking: Leighton Buzzard Sand met een diameter van 0,15 ~ 0,30 mm en een steekproefgrootte van 8 x 16 mm (diameter x hoogte) wordt gebruikt als voorbeeld om het Protocol van dit onderzoek aan te tonen. Andere zandstranden zoals Fujian Sand, Houston Sand, Ottawa Sand en Caicos ooids, etc. en soortgelijke steekproefgroottes kunnen ook worden gebruikt.
2. Kies een geschikte detector (Figuur 1A) volgens de vereiste ruimtelijke resolutie en scangebied, di....

Results

Figuur 5 toont de deeltjes kinematica resultaten van een Leighton Buzzard Sand (lbs) sample op een 2D slice tijdens twee typische shear stappen, I en II. De meeste deeltjes worden met succes bijgehouden en hun vertalingen en rotaties worden gekwantificeerd volgens het bovenstaande protocol. Tijdens de eerste shear increment vertonen geen deeltjes verplaatsingen of deeltjes rotaties een duidelijke lokalisatie. Echter, een gelokaliseerde band is ontwikkeld in zowel de partikel verplaatsing kaa.......

Discussion

Hoge-ruimtelijke resolutie X-Ray micro-CT en geavanceerde beeldverwerkings-en analysetechnieken hebben het experimentele onderzoek naar het mechanische gedrag van korrelvormige bodems onder afschuiving op multi-schaalniveaus mogelijk gemaakt (d.w.z. op macro schaal, meso-schaal en niveaus van korrelgrootte). Echter, CT-beeld-gebaseerde meso-en korrel-Scale onderzoeken vereisen de verwerving van hoge-ruimtelijke resolutie CT beelden van bodemmonsters tijdens het laden. Het meest uitdagende aspect van dit proces is misschi.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Confining pressure offering device	GDS	STDDPC
De-aired water	N/A	N/A	Water de-aired in the lab
Leighton Buzzard sand	Artificial Grass Cambridge	Drained Industrial Sand 25 kg	Can be replaced with different soils
Miniature triaxial loading device	N/A	N/A	The miniature loading device is specially fabricated by the authors
Silicon grease	RS company	RS 494-124
Synchrotron radiation X-ray micro CT setup	Shanghai Synchrotron Radiation Facility Center (SSRF)	13W1	The triaxial testing is carried out at the BL13W beam-line of the SSRF
Vacuum pump	Hong Kong Labware Co., ltd.	Rocker 300