在水文循環(huán)中,砂土是地表水和地下水的紐帶,具有重要的作用,尤其對(duì)于缺水的干旱地區(qū)。因此研究非飽和帶中的砂土水,對(duì)生態(tài)環(huán)境和水土保持具有重要意義。目前,在土壤物理領(lǐng)域,利用CT掃描確定土壤水力性質(zhì)的研究基本處于空白狀態(tài)。應(yīng)用工業(yè)CT大型高分辨率儀器來(lái)定量研究多孔介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律,已成為地學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域的新興研究方向。本研究利用最新的工業(yè)CT掃描儀器XTH225ST,對(duì)5個(gè)砂土樣品（石英砂、地大粗砂）進(jìn)行高分辨率掃描進(jìn)行砂土微觀結(jié)構(gòu)的研究。本次試驗(yàn)使用VG-Studio和ImageJ軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理,可以識(shí)別出固體顆粒、水和空氣的分界面,統(tǒng)計(jì)粒徑分布和截面含水率。掃描對(duì)比4種粒徑石英砂樣品,發(fā)現(xiàn)大型CT掃描儀XTH225ST可以掃描的最優(yōu)粒徑為1-2 mm。由定量獲得的孔隙率可知,隨粒徑的減少砂土的總孔隙率也隨之增大�；谌斯ぷR(shí)別和VG-Studio軟件的傳輸現(xiàn)象模塊對(duì)CT掃描圖像進(jìn)行識(shí)別,定量識(shí)別了砂樣的等效毛細(xì)管直徑和等效毛細(xì)水柱的直徑。結(jié)果表明,同一砂柱中毛細(xì)水的平均等效直徑小于毛細(xì)管平均等效直徑。不同粒徑的砂樣,在其他條件相同的情況下,隨著粒徑的增加,平均孔隙直徑也隨... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

XTH225ST大型CT掃描儀

本試驗(yàn)是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）微焦點(diǎn)工業(yè) CT 掃描實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行并完成的。使用的儀器是英國(guó) NIKON 公司生產(chǎn)的 XTH225ST 掃描儀，見(jiàn)圖 2-1 所示。XTH225ST 掃描儀內(nèi)部裝置圖，如圖 2-2 所示，該掃描儀是工業(yè) X 射線和 CT 掃描的集合體，可以無(wú)損的檢測(cè)二維以及三維的結(jié)構(gòu)。其中，對(duì)于樣品的識(shí)別分辨率最小可達(dá) 3 μm。XTH225ST 掃描儀發(fā)射靶最小焦點(diǎn)為 3 μm，X 射線管電壓 200 kV，功率 40 W，空間分辨率為 298，密度分辨率為 1.27%。它配備了 3 個(gè) X 射線源，分別是：225 kV 反射靶、225kV 旋轉(zhuǎn)靶、180kV 透射靶，微焦點(diǎn) CT 掃描儀的裝置示意圖，如圖 2-3 所示。由 X 射線源發(fā)出的錐束 X 射線，穿過(guò)樣品后在探測(cè)器上形成一張透射圖，探測(cè)器把這幅圖記錄下來(lái)，并送到工作站進(jìn)行處理，這一過(guò)程為采集透射圖片。一般每秒采集一張照片，單個(gè)樣品的掃描時(shí)間是 40-60 分鐘，單個(gè)樣品需要采集 3143 張透射照片。然后運(yùn)用 CD-Pro 軟件（英國(guó)）對(duì)所收集的透射圖片進(jìn)行 3D 重構(gòu)，最后再利用 VG Studio 體積可視化軟件提取所需要的信息。

圖 2-6 CT 掃描后的原始圖片圖像分析的需要，采用體積可視化軟件 VGStudio 對(duì) X-rayC處理和輸出，并從處理后的圖像中提取出結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。選用的版Studio 軟件是目前世界上最先進(jìn)的體積可視化軟件之一，主業(yè) CT 掃描后的數(shù)據(jù)。所示，顯示的是 VGStudioMAX3.0 軟件的啟動(dòng)界面，由 Vol高端軟件，研發(fā)的主要目是針對(duì)工業(yè) CT 掃描實(shí)現(xiàn) CT 數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行前處理，從 VG Studio MAX 1.0 到 VG Studio MAX也逐步實(shí)現(xiàn)了多個(gè)附加模塊的研發(fā)，如測(cè)量坐標(biāo)、對(duì)孔隙率及厚度、分析纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)等等。前處理過(guò)程中，只需標(biāo)模塊。


本文編號(hào)：3401152