| 题名 | 冻土受力作用下细观结构变化研究 |
| 作者 | 郑剑锋 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-11-28 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 马巍 |
| 关键词 | 细观结构 制样方法 CT扫描 单轴与三轴荷载 数字图像处理 |
| 其他题名 | Study on the Meso-Structure Changes of Frozen Soil under Force |
| 学位专业 | 岩土工程 |
| 中文摘要 | 冻土是一种由土颗粒、未冻水，冰和气体组成的复杂的特殊土，冻土受力作用下其内部结构变化是一个极其复杂的过程，由于实验手段和技术的限制，仍有许多问题没有得到很好的解决。本文从最基本的试样制备出发，通过大量实验，对比了多种制样方式和冻结方式对冻土试样内部初始结构，成分分布的影响，确定合理的制样方法，在此基础上，进行了冻土受力作用下的单轴与三轴剪切实验，并对试验的全过程进行了无损CT实时监测，获得了各个阶段试样不同部位的CT图像，然后应用图像数字化技术，实施了对CT图像的初步处理。主要结论如下： (1) 基于不同制样方法，对比分析了试样各部位含水量与干密度的分布状况。对两头压实法制得的试样进行CT扫描，整体来看，试样的CT数方差不大，密度分布比较均匀，且粘粒含量越高，用两头压实法越容易获得较均匀的试样，满足我们对试样均匀性的要求；分析冻结方式对试样内部干密度和含水量重分布的影响。 (2)不同温度条件下，冻结兰州黄土的应力应变曲线具有相似的规律，土体的弹性模量相差很大，温度越低，弹性模量越大；高温冻土对于温度变化非常敏感，其力学响应也更依赖于温度和含冰量，冻结温度对冻土强度有决定性的作用， CT数变化与冻结温度息息相关，在0～-2℃范围的剧烈相变区，CT数变化幅值较大，通过CT值计算试样干密度和体积含水量的分布，试样密度整体呈现出沿径向减小的趋势，而体积含水量的分布规律与之相反；随着加载的进行，试样密度经历了不变-缓慢减小-大幅度减小的过程，而体积含水量基本保持不变或略微下降. (3)不同温度条件下，冻结兰州黄土在三轴受力状态下其偏应力应变曲线具有相似的规律，一开始在围压作用下，试样沿径向方向被压缩，导致试样轴向伸长；温度越低，土体的弹性变形模量反而越小。试样塑性变形阶段持续较长时间，即使样品轴向变形达到了20%，偏应力仍在持续增大，围压的存在，进一步强化了冻土体的塑性特征。围压作用后，其强化作用在试样的外围区域体现的尤为明显。各试样整体损伤量基本都在0.1以下，相对于单轴受力状态下试样的损伤度要小得多，故围压对于冻土试样有“抗损伤”的功效；对不同温度的试样而言，要产生相同的损伤，低温试样需要的偏应力远比高温试样需要的偏应力来的大. (4) 对CT图像的数字化处理可以使得CT图像更加清晰直观，根据CT图像的直方图可以动态、定量地分析冻土受力作用下的内部结构的变化过程，比单纯的CT图像更定量化，更易于提取图像包含的特定信息；灰度均衡扩大了灰度值的范围，增强了图像的整体对比度，土颗粒与空隙的反差明显变大；经过梯度锐化之后，图中的空隙与裂纹边缘有了明显的突出，图像细观结构更加清晰可见；利用Canny边缘检测算子，实现了CT图像的边缘检测，检测效果较好，孔隙和裂纹的轮廓比较清楚，能得到冻结试样不同阶段的细观结构图像，为后续有限元分析提供了真实准确的图像资料。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 147 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21729]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郑剑锋. 冻土受力作用下细观结构变化研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2009. |
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