Визуализация отказа и связанного с зерном масштаба механического поведения гранулированных почв под стрижка с помощью синхротронной рентгеновской микротомографии

Summary

Протокол описывает процедуры получения высокопространственного разрешения компьютерной томографии (КТ) изображения гранулированной почвы во время трехосного сжатия, а также применять методы обработки изображений к этим КТ-изображениям для изучения механического поведения зернового масштаба почвы под погрузкой.

Abstract

Быстрое развитие методов рентгеновской визуализации с навыками обработки изображений и анализа позволило приобрести КТ-изображения гранулированных почв с высоким пространственным разрешением. На основе таких КТ-изображений можно количественно изучить механическое поведение зернового масштаба, такое как иинематика частиц (т.е. переводы частиц и вращения частиц), локализацию деформации и межчастицную контактную эволюцию гранулированных почв. Однако это недоступно с использованием обычных экспериментальных методов. Данное исследование демонстрирует исследование зернового механического поведения гранулированного образца почвы при трехосовом сжатии с помощью синхротронной рентгеновской микротомографии (ККТ). С помощью этого метода специально изготовленный миниатюрный погрузочный аппарат используется для нанесения ограничения и осевых нагрузок к образцу во время трехосного испытания. Аппарат устанавливается в синхронизронную рентгеновскую томографию, так что изображения КТ с высоким пространственным разрешением образца могут быть собраны на разных этапах загрузки теста без каких-либо помех для образца. С возможностью извлечения информации на макроуровне (например, выборочные пограничные напряжения и деформации от установки триосиального аппарата) и шкалы зерна (например, движения зерна и контактные взаимодействия с изображениями КТ), эта процедура обеспечивает эффективной методологии для исследования многомасштабной механики гранулированных почв.

Introduction

Широко признано, что макро-масштабные механические свойства гранулированной почвы, такие как жесткость, прочность сдвига и проницаемость, имеют решающее значение для многих геотехнических структур, например, фундаментов, склонов и плотин заливки пород. На протяжении многих лет для оценки этих свойств в различных почвах использовались тесты на месте и обычные лабораторные тесты (например, одномерные компрессионные тесты, трехосные компрессионные тесты и проницаемость). Для инженерных целей были разработаны также кодексы и стандарты для проверки почвенных механических свойств. Хотя эти макромасштабные механические свойства были интенсивно изучены, механическое поведение....

Protocol

1. Проектирование эксперимента заблаговременно

1. Определите испытательный материал, размер частиц, размер образца и начальную пористость образца.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Leighton Buzzard песок с диаметром 0,15 -0,30 мм и размером образца 8 х 16 мм (Диаметр х высота) используется в качестве примера, чтобы продемонстрировать протокол этого исследования. Другие пески, такие как фуцзянь песок, Хьюстон песок, Песок Оттава и Кайкос ooids и т.д., и аналогичные размеры выборки также могут быть использованы.
2. Выберите подходящий детектор(рисунок 1А) в соответствии с требуемым пространственным разрешением и областью сканиро....

Results

На рисунке 5 изображены результаты кинематики частиц из образца песка Лейтона Баззарда (LBS) на 2D-ломтике в течение двух типичных сдвига, I и II. Большинство частиц успешно отслеживаются, а их переводы и вращения количественно осваиваются в соответствии с вышеуказанным протоколом. Во время первого приращения сдвига ни смещения частиц, ни вращения частиц не показывают четкой локализации. Однако локализованная полоса разрабатывается как на карте смещения частиц, так и на карте вращения частиц.......

Discussion

Рентгеновское микро-КТ с высоким пространственным разрешением и передовые методы обработки и анализа изображений позволили экспериментально еждничать механическое поведение гранулированных почв под сдвигами на многомасштабных уровнях (т.е. на макро-масштабе, мезо-масштабе и уровня хлещет). Тем не менее, КТ-изображения на основе мезо- и зерна масштаба исследований требуют получения высокого пространственного разрешения КТ изображения образцов почвы во время погрузки. Наиболее сложным аспектом этого процесса является, пожа.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ограничивающее устройство подачи давления	GDS	STDDPC
Обезвреживаемая вода	Н/Д	Н/Д	Вода, деаэрируемая в лаборатории
Песок Leighton Buzzard	Искусственная трава Кембриджский	дренажный промышленный песок 25 кг	Может быть заменен различными грунтами
Миниатюрное трехосное загрузочное устройство	Н/Д	Н/Д	Миниатюрное загрузочное устройство специально изготовлено
авторы Кремниевая смазка	RS компания	RS 494-124
Установка рентгеновской микрокомпьютерной томографии с синхротронным излучением	Шанхайский центр синхротронного излучения (SSRF)	13W1	Трехосное испытание проводится на пучковой линии BL13W вакуумного насоса SSRF
Hong	Kong Labware Co., ltd.	Коромысло 300