Visualização da falha e do comportamento mecânico da escala de grãos associado de solos granulares cisalhamento usando microtomografia de raios X de síncrotron

Resumo

O protocolo descreve procedimentos para adquirir imagens de tomografia computadorizada (TC) de alta resolução espacial de um solo granular durante a compressão triaxial, e aplicar técnicas de processamento de imagem a essas imagens de TC para explorar o comportamento mecânico em escala de grãos de o solo carga.

Resumo

O rápido desenvolvimento de técnicas de imagiologia por raios X com habilidades de processamento e análise de imagem permitiu a aquisição de imagens tomográficas de solos granulares com resoluções de alto espaço. Baseado em tais imagens do CT, o comportamento mecânico da grão-escala tal como a cinemática da partícula (isto é, traduções da partícula e rotações da partícula), a localização da tensão e a evolução do contato da Inter-partícula de solos granulados podem ser investigados quantitativamente. No entanto, isso é inacessível usando métodos experimentais convencionais. Este estudo demonstra a exploração do comportamento mecânico da grão-escala de uma amostra granular do solo a compressão triaxial usando o microtomography do raio X do síncrotron (μct). Com este método, um instrumento de carregamento em miniatura especialmente fabricado é usado para aplicar tensões axiais e confinantes à amostra durante o teste triaxial. O aparelho é cabido em uma instalação do tomography do raio X do síncrotron de modo que as imagens High-Spatial da definição CT da amostra possam ser coletadas em estágios de carregamento diferentes do teste sem nenhum distúrbio à amostra. Com a capacidade de extrair informações na escala macro (por exemplo, tensões de limite de amostra e cepas da configuração do aparelho triaxial) e a escala de grãos (por exemplo, movimentos de grãos e interações de contato das imagens de TC), este procedimento fornece uma metodologia eficaz para investigar a mecânica multiescala de solos granulares.

Introdução

É amplamente reconhecido que as propriedades mecânicas de macro escala do solo granular, como rigidez, resistência ao cisalhamento e permeabilidade, são críticas para muitas estruturas geotécnicas, por exemplo, fundações, encostas e barragens de aterro. Durante muitos anos, testes no local e testes laboratoriais convencionais (por exemplo, testes unidimensionais de compressão, testes de compressão triaxial e testes de permeabilidade) têm sido utilizados para avaliar essas propriedades em diferentes solos. Os códigos e as normas para testar as propriedades mecânicas do solo também foram desenvolvidos para fins de engenharia. Embora essas propriedades mecânicas em escal....

Protocolo

1. projetando o experimento com bastante antecedência

1. Determine o material de teste, o tamanho da partícula, o tamanho da amostra e a porosidade inicial.
   Nota: a areia de Leighton Buzzard com um diâmetro de 0,15 ~ 0,30 mm e um tamanho amostral de 8 x 16 mm (diâmetro x altura) é utilizada como exemplo para demonstrar o protocolo deste estudo. Outras areias como a areia de Fujian, a areia de Houston, a areia de Ottawa e os ooids de Caicos, etc. e tamanhos similares da amostra podem igualmente ser usados.
2. Escolha um detector apropriado (Figura 1a) deacordo com a resolução espacial exigida e a área de d....

Resultados

A Figura 5 retrata os resultados da cinemática da partícula de uma amostra de areia de Leighton Buzzard (lbs) em uma fatia 2D durante dois incrementos típicos de cisalhamento, I e II. A maioria das partículas são controladas com sucesso e suas traduções e rotações são quantificadas seguindo o protocolo acima. Durante o primeiro incremento de cisalhamento, nem deslocamentos de partículas nem rotações de partículas mostram uma localização clara. No entanto, uma banda localizada é desenvolvida .......

Discussão

A alta resolução espacial de raios X micro-TC e técnicas avançadas de processamento e análise de imagens permitiram a investigação experimental do comportamento mecânico de solos granulares cisalhamento em níveis multiescala (i.e., em escala macro, meso-Scale e níveis de grão-escala). No entanto, as investigações de meso-e de grão-escala baseadas em TC requerem a aquisição de imagens de TC de alta resolução espacial de amostras de solo durante o carregamento. O aspecto mais desafiador deste processo é talvez a fabricação.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Dispositivo de oferta de pressão confinante	GDS	STDDPC
Água desarejada	N/A	N/A	Água desarejada no laboratório
Areia de urubu Leighton	Grama artificial Cambridge	Areia industrial drenada 25 kg	Pode ser substituído por diferentes solos
Dispositivo de carregamento triaxial em miniatura	N/A	N/A	O dispositivo de carregamento em miniatura é especialmente fabricado pelo autores
Graxa de silicone	RS empresa	RS RS 494-124
Radiação síncrotron Micro CT setup Shanghai	Synchrotron Radiation Facility Center (SSRF)	13W1	O teste triaxial é realizado na linha de feixe BL13W da bomba de vácuo SSRF
	Hong Kong Labware Co., ltd.	Balancim 300