大理岩断裂能与细观结构几何特征相关性

岩石在细观尺度上是由矿物颗粒胶结而成,除细观结构的力学特性外,其几何特征（颗粒界面网络结构和颗粒粒度分布）也对宏观断裂能具有一定的影响。为了探索这种几何特征与大理岩断裂能之间的相关性,从而进一步揭示岩石细观断裂机制,首先通过三点弯曲试验测定大理岩的断裂能,然后在试验后的三点弯试件断口处取岩石切片,进行电镜（SEM）扫描以获取岩石细观结构图像。利用图像处理技术获取岩石细观颗粒的界面网络图。通过对颗粒界面网络图分析,发现颗粒界面网络拓扑结构与颗粒粒度分布具有较强的分形特征。将二者分形维数与试件宏观断裂能相对比,发现它们之间具有很强的相关性。界面网络分形维数与宏观断裂能具有很强的二次相关性,而粒度分布维数与宏观断裂能之间具有较强的线性相关性。宏观断裂能随着两种分形维数的增大而增大。该研究结果揭示了宏观断裂能与岩石细观结构几何特征的相关性,加深了对宏观断裂能细观机制的理解。     

利用CT扫描技术进行冻土研究的现状和展望

介绍了CT扫描技术的特点, 回顾了利用CT扫描试验进行冻土研究的历史和现状, 包括研制与CT配套使用的用于冻土的辅助设备、 利用CT数进行冻土内部结构变化分析、 利用CT数定义损伤并进行损伤演化研究、 利用CT图像进行细观结构分析等, 总结了冻土研究领域的代表性成果. 最后, 指出在现有的技术条件下利用CT扫描技术进行冻土研究所遇到的问题、 以及可能的解决办法. 其中, 着重介绍了高质量CT图像的获取、 CT数的变化与冻土试样感兴趣区域内的各组分变化的联系、 冻土CT图像的数字化处理方向. 结果表明: CT扫描技术是现阶段对冻土内部细观结构进行无损检测的最理想有效的技术之一, 借助辅助设备及图像数字化处理, 势必对冻土领域的研究发展起到更大作用.     

基于SEM图像的岩石细观结构特征研究

从损伤理论出发,构筑一套细观量化试验方法,解决从试验制样、试验设备到试验程序等相关问题。采用扫描电镜对四川锦屏大理岩进行了观测,得到了大量岩石细观结构图片。利用数字图像处理技术对图片进行处理,并编制相关程序实现图像二值化,然后从图像中提取了微裂隙的长度、方位角、宽度、面积和周长等微裂隙细观信息。最后,利用统计学理论对获取到的微裂隙细观信息进行了统计分析,得到各参数的统计规律,为研究岩石的宏观破坏提供了依据。     

Status and prospects of frozen soil studies using CT technology

This paper introduces the characteristics of Computed Tomography (CT) technology and reviews its history, current situation, representative achievements, and use of using CT technology on frozen soil study, including auxiliary equipment specially designed for frozen soil studies. CT numbers are used to analyze frozen soil internal structure change, defining and exploring damage evolution, and use of CT images on observing soil mesostructure. Finally, this paper presents existing problems confronted by using CT in frozen soil studies, possible solutions and challenges, among which, we introduce high quality CT image processing for frozen soils, and relations between CT number change and each component change on frozen soil samples within the region of interest. It is shown that present CT technology is one of the most ideal and effective technology to study frozen soil mesostructure using non-destructive testing. CT technology will play a key role in the study and development in the field of frozen soil by means of auxiliary equipment and the digital imaging processing.     

基于变分水平集方法获取岩石的细观结构

岩土工程材料的细观结构特征会在很大程度上影响其宏观力学行为。随着数字图像处理技术的逐渐成熟,基于变分水平集方法的偏微分方程（PDE）方法在图像处理中越来越受重视。在岩石数字图像的基础上,运用基于变分水平集方法的C-V模型,结合图像的背景填充技术实现花岗岩图片的3相分割（长石、石英和云母）,为进一步力学分析提供条件。上述方法可以量化岩石细观结构,最终获得能够准确反映岩石内部特征的图片,为将来的有限元分析提供真实几何模型。处理结果表明,通过选取适当的迭代次数和数字图像处理技术,该法能够获得较高质量的岩石细观结构量化图。     

温度循环作用下深埋隧洞围岩细观结构的定量描述

高温作用和温度循环作用是岩石力学发展面临的新课题。从经历温度循环的裂隙岩体的微裂隙扩展机制研究入手,采用SEM仪器进行了各温度下大理岩断口细观结构试验。基于统计学理论,从细观层次对不同温度下的岩石断口微裂隙参数数据统计分析,得到了岩石微裂隙几何参数在不同温度下的分布概型,并运用Monte-Carlo随机模拟的方法,再现微裂隙在工程岩体中的分布。进行了二维裂隙网络模型的分形计算,分析不同温度条件下岩石细观损伤的分维数及其演化的分形特征,为从传统的力学方法来探索岩石内部介质的微观变化提供了理论依据和参考。     

岩石细观结构对其变形强度影响的数值分析

利用数字图像处理技术表征岩石的非均匀性,并映射到有限元网格中,建立了能比较准确地反映岩石细观结构的数值模型。通过对花岗岩数字图像的处理,利用该模型进行花岗岩单轴压缩数值试验,研究花岗岩细观结构对其变形和强度的影响。研究表明,花岗岩细观结构对应力集中影响显著,在不同方向对花岗岩进行加载时,其抗压强度差异较大,表现出较强的各向异性行为,但对花岗岩弹性模量的影响很小。基于数字图像的数值分析方法为研究岩石细观力学性质提供了一种新的方法。     

贵州罗甸二叠纪末生物大灭绝事件后沉积的微生物岩时代和沉积学特征

二叠纪末期发生的显生宙以来最大的生物绝灭事件,使海洋生态系统和陆地生态系统均受到重创之后,微生物岩广泛分布于全球正常浅海地区。研究认为,扬子地台在二叠纪末期存在一次海平面降低的事件,造成研究区二叠纪地层与早三叠世微生物岩之间存在沉积间断或剥蚀,并使三叠纪牙形石混入二叠纪末期的沉积物中。二叠-三叠系界线位于微生物岩层的底界;微生物岩形成于早三叠世最早期,相当于Hindeodus parvus带,是早三叠世最早期开始的海侵事件为其提供生长所需的可容纳空间。在Isarcicella staeschei带-I. isarcica带早期再次发生相对海平面降低事件,之后海平面开始快速上升。研究区早三叠世早期的微生物岩以凝块构造发育为特征,具有斑状、层状、枝状和网状凝块构造4种典型中型构造。结合前人的工作,认为微生物群落通过生物沉积和物理沉积作用形成球状体,球状体汇聚形成不同的中型凝块构造。研究扬子地台早三叠世凝块石的确切时代和结构、构造类型特征,为准确恢复生物大灭绝事件前后的环境变迁以及生物演化事件与环境变化的相互作用关系提供重要的证据。     

基于多因素椭圆堆叠的岩土细观建模方法

天然岩土体具有复杂的细观结构和组成特征,现有细观建模方法难以解决任意粒径、长短轴比、倾角以及平面分布特征的多因素岩土体细观建模问题。为此基于椭圆的4段圆弧等效,结合改进的分组波前堆叠法,实现了任意粒径、长短轴比、倾角以及平面分布的快速高体积率椭圆堆叠,并以此建立了与堆叠椭圆粒径、长短轴比、倾角以及平面分布一致的凸多边形结构。与现有的椭圆堆叠ALA法和圆盘堆叠ODR方法相比,提出的方法具有更高的椭圆堆叠体积率和堆叠效率,MATLAB环境下椭圆堆叠效率为500～600个/s。与现有仅能考虑颗粒粒径分布的岩土细观建模GBM法相比,提出的方法可以同时考虑颗粒的粒径、长轴、倾角,以及平面分布4个因素,快速生成任意粒径、长短轴比、倾角以及平面分布的颗粒堆积,并建立与椭圆分布一致的岩石细观结构。通过两个岩土体细观建模案例分析表明,所提方法可以提高岩土体模型的细观建模精度与生成效率。     

细观结构对混凝土动态力学特性的影响研究

混凝土作为非均质复合材料,其力学特性受材料的微细观结构形态影响比较明显,物理试验很难将各因素孤立出来单独考虑其对混凝土力学特性的影响,本文从数值试验入手,把混凝土看作是由骨料、砂浆以及界面组成的三相材料,研究动压和动拉荷载作用下细观结构中诸如骨料位置、单元尺寸、材料强度以及骨料粒径对混凝土动态力学特性的影响,发现混凝土的细观结构对其动态力学特性有影响,不同因素对混凝土动态力学特性影响权重不同,相同因素在不同荷载作用下的影响结果也不同。