發(fā)布時(shí)間：2020-10-12 00:40

　　 黃土的力學(xué)性質(zhì)與黃土獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)具有密切關(guān)系。準(zhǔn)確獲取原狀黃土孔隙結(jié)構(gòu)的定量化信息是從根本上認(rèn)識(shí)黃土結(jié)構(gòu)與功能間關(guān)系及有關(guān)過程內(nèi)在機(jī)制的必要前提。黃土中發(fā)育有大量的垂直大孔隙,黃土垂直大孔隙的矢量化表征是黃土結(jié)構(gòu)性本構(gòu)關(guān)系深入研究的基礎(chǔ)和難點(diǎn)。本文利用工業(yè)CT對(duì)涇陽Q2原狀黃土進(jìn)行掃描,建立了黃土大孔隙的三維空間分布模型。在此基礎(chǔ)上提出了一種黃土大孔隙球鏈填充方法并開發(fā)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng),利用得到的球鏈填充數(shù)據(jù)對(duì)黃土大孔隙進(jìn)行了定量分析,表征了單條孔隙的孔徑分布特征和空間方向特性,進(jìn)而利用體視學(xué)技術(shù)(Stereology technology,也稱立體測(cè)量技術(shù))計(jì)算了黃土大孔隙的結(jié)構(gòu)張量和結(jié)構(gòu)系數(shù)。所提出的方法可以對(duì)黃土大孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行矢量化表征,為黃土結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型的進(jìn)一步研究奠定了一定基礎(chǔ)。本文的主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:1)利用CT掃描圖片建立涇陽原狀黃土大孔隙三維模型,觀察到原狀黃土內(nèi)不同方向、不同部位的孔隙。所建立的黃土大孔隙模型可以用于黃二土大孔隙的研究。模型觀察結(jié)果表明:涇陽原狀黃土體積大于0.13mm3的孔隙具有明顯的垂直發(fā)育分布特征,體積小于0.13mm3的孔隙在土體中趨向于均勻分布。本文重點(diǎn)對(duì)體積大于0.13mm3的孔隙的矢量化表征進(jìn)行了初步研究。2)提出了一種黃土大孔隙球鏈填充方法,利用得到的球鏈填充數(shù)據(jù)對(duì)黃土大孔隙進(jìn)行了定量分析,表征了單條孔隙的孔徑分布特征和空間方向特性。球鏈填充法可以簡化孔隙形態(tài),便于定量化統(tǒng)計(jì)孔隙大小和方向數(shù)據(jù),進(jìn)而表征黃土大孔隙的矢量化特征;3)利用孔隙填充球鏈數(shù)據(jù)可以繪制單條、多條孔隙的孔徑分布曲線和孔徑累積分布曲線。由繪制曲線可知涇陽原狀黃土孔隙的孔徑主要分布在0.2mm到1.2mm之間,其中0.4mm孔徑的孔隙含量最多,1.2mm到1.6mm孔徑的孔隙含量較少,1.6mm到2.5mm孔徑的孔隙含量最少;4)通過傅里葉級(jí)數(shù)方程擬合孔隙空間位置和孔徑變化數(shù)據(jù),可以將孔隙的空間形態(tài)存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)庫。通過涇陽原狀黃土大孔隙填充球鏈數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)繪制孔隙模型、孔隙模型平移旋轉(zhuǎn)等功能,該技術(shù)和數(shù)據(jù)庫可用于計(jì)算機(jī)生成具有一定特征的孔隙模型;5)利用孔隙填充球鏈數(shù)據(jù),編輯程序計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)張量系數(shù)可以表征孔隙空間分布的各向異性。計(jì)算得到?jīng)荜栐瓲铧S土孔隙模型的平均孔隙度為0.0065,結(jié)構(gòu)張量系數(shù)為1.9299;6)將以上各部分計(jì)算過程整合,開發(fā)為一個(gè)完整的軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化交互式孔隙球鏈填充功能。通過軟件可以建立涇陽原狀黃土孔隙中大孔隙模型,并得到了相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S155.2;TP311.52
【文章目錄】：
摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 選題背景與研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 黃土微結(jié)構(gòu)測(cè)試技術(shù)研究進(jìn)展
        1.2.2 結(jié)構(gòu)張量研究進(jìn)展
    1.3 研究內(nèi)容、方法及技術(shù)路線
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 技術(shù)路線
2 黃土大孔隙模型的球鏈填充
    2.1 黃土樣品CT掃描
        2.1.1 取樣點(diǎn)概述
        2.1.2 CT掃描實(shí)驗(yàn)
    2.2 黃土大孔隙模型
        2.2.1 黃土大孔隙模型建立
        2.2.2 單條孔隙模型分離
        2.2.3 孔隙中心線計(jì)算
    2.3 黃土大孔隙球鏈填充法
    2.4 孔隙統(tǒng)計(jì)擬合
        2.4.1 孔隙統(tǒng)計(jì)分析
        2.4.2 孔隙方向性表征
    2.5 孔隙填充球鏈數(shù)據(jù)應(yīng)用
        2.5.1 球鏈數(shù)據(jù)繪制模型
        2.5.2 球鏈數(shù)據(jù)隨機(jī)提取
        2.5.3 孔隙空間移動(dòng)實(shí)現(xiàn)
    2.6 本章小結(jié)
3 黃土大孔隙矢量化表征
    3.1 大孔隙矢量化表征方法
        3.1.1 結(jié)構(gòu)張量計(jì)算方法
        3.1.2 結(jié)構(gòu)張量驗(yàn)算
    3.2 坐標(biāo)系變換方法
    3.3 黃土大孔隙結(jié)構(gòu)張量計(jì)算
    3.4 本章小結(jié)
4 黃土大孔隙矢量化表征軟件開發(fā)
    4.1 軟件開發(fā)平臺(tái)
    4.2 軟件設(shè)計(jì)思路
    4.3 軟件界面設(shè)計(jì)及模塊功能實(shí)現(xiàn)
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文、專利及獲獎(jiǎng)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2837363