损伤重塑膨胀土三轴剪切试验及其CT图像的三维重建研究.pdf

目录 摘要I A B S T RA C T I 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 研究内容2 1 3 研究方法3 1 4 研究的特色与创新3 1 5 研究意义4 1 6 本章小结4 第2 章膨胀上的结构及特性5 2 1 矿物成分5 2 2 结构特征。5 2 3 物理力学特性6 2 4 膨胀土变形的主要原因7 2 5 本章小结8 第3 章( T 三轴剪切试验9 3 1 试样制备9 3 2 仪器设备介绍。l O 3 2 1C T 成像技术简介1 0 3 2 2C T 设备的主要技术指标。n 3 2 3C T 技术的优缺点。1 2 3 2 4 试验仪器。1 3 3 3 试验方法1 4 3 4 试验结果及分析1 5 3 5C T 扫描图片。1 8 3 6C T 扫描数据2 5 3 7C T 扫描数据分析3 0 3 8 本章小结3 2 第4 章C T 图像i 维重建3 5 西南大学硕士学位论文 4 1 常用C T 图像处理方法。3 5 4 1 1 图像分析法3 5 4 1 2 基于C T 数的定量分析法3 5 4 1 3 数字图像处理分析法3 6 4 2M A T L A B 程序中的图像处理3 6 4 2 1 常用图像处理方法3 6 4 2 2 图像变换3 7 4 2 3 图像增强3 8 4 3C T 图像l j 期处理3 9 4 3 1 图像格式转换4 0 4 3 2 图像增强4 1 4 3 3 孔洞的提取4 5 4 4 土体C T 图像的三维重建程序设计4 6 4 5 三维重建4 9 4 6 本章小结5 l 第5 章结论与展望5 3 参考文献。5 5 致谢5 9 参研项目和发表论文6 1 摘要 随着我国经济建设的快速发展，修建在膨胀土地区的公路、铁路、水利等设 施越来越多。裂隙性是膨胀土的重要结构特征，对膨胀土的力学特性影响很大， 但目前关于膨胀土裂隙的具体三维形态描述问题尚未得到很好的解决。为了更为 直观准确地研究膨胀土在受到外部荷载作用下其内部裂隙的演化规律，本文设计 了基于三维藿建技术的C 1 ' 三轴试验方法。 本文以南水北调中线工程陶岔引水渠首的膨胀土为研究对象，主要研究内容 有： ( 1 ) 制备了不同孔径的造孔损伤重塑土样：通过在重塑膨胀土土样中增加不 同大小和不同位置的人工孔洞，模拟土体中孔状物( 如植物的根茎、蚯蚓等) 对土 体结构和强度所造成的影响。 ( 2 ) C T 一三轴剪切试验：利用后勤工程学院和南郑县医院联合建立的C T 一三轴 试验工作站，进行控制3 种不同净围压和2 种不同吸力的6 组三轴剪切试验，并 对试验过程的C T 图像M E 值和S D 值的变化进行重点分析，研究了损伤在不同衙载 情况下的演化规律。 ( 3 ) C T 图像的三维重建：开发基于分割的M a r c h i n gC u b e s 算法C T 图像三维 重建程序，对试验过程中扫描的C T 断层图像进行了三维重建，并对特定部分( 如 孔洞) 进行单独提取，重现了土样在加载过程中内部损伤的三维演化情况，突破 了以往断层扫描只能分析平面结构变化情况的局限性。 本文的主要结论有： ( 1 ) 当净围压和吸力保持不变时，处于不同条件下试样的轴向应变都随着偏 应力的增加而增大，相应的体积应变也随着轴向应变的增加而增大。 ( 2 ) 运用土体C T 图像的三维鼋建程序所建立的三维模型很好的展示了试样在 不同条件下的外观及内部结构演化规律。 ( 3 ) 如果把时间也作为一维，能够不间断的连续显示试样在剪切过程中的演 化规律，那么重建的效果将更加直观准确，而这种四维的重建程序有待我们进一 步研究。 通过本文的研究可以更深入、更全面地分析膨胀士的结构特性和力学性质，这 对进一步研究膨胀七地区路基、边坡等的破坏机理和力学机制有重要的意义。同 西南大学硕士学位论文 时，这一方法还可以借鉴到对黄土等其他结构性强的岩土类材料的C T 试验研究 中。 关键词：膨胀土，造孔损伤，C ，r 一三轴，三维霞建 S t u d yo nD a m a g e dR e m o d e l i n gE x p a n s i v eS o i lw i t hC T - t r i a x i a l A p p a r a t u sa n dT h r e e d i m e n s i o n a lR e c o n s t r u c t i o no fC TI m a g e s A B S T R A C T W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fo u rn a t i o n a le c o n o m i cc o n s t r u c t i o n ，m o r ea n dm o r e h i g h w a y s ，r a i l w a y sa n dw a t e rc o n s e r v a n c i e sa r eb u i l to nt h es w e l l e dg r o u n d T h e f r a c t u r ei sa ni m p o r t a n ts t r u c t u r ef e a t u r eo fe x p a n s i v es o i l s ，a n di th a sas i g n i f i c a n t i n f l u e n c ef o r t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fe x p a n s i v es o i l s T h ed e s c r i p t i o no f t h r e e - d i m e n s i o n a lc o n f i g u r a t i o nf o rt h ef r a c t u r eo fe x p a n s i v es o i l sh a sn o tb e e n r e s o l v e ds of a r I no r d e rt oo b s e r v et h ed e v e l o p m e n ta n dc h a n g eo fi n t e r i o rf r a c t u r e m o r ei n t u i t i v e l y ，a c c u r a t e l ya n dc o n v e n i e n t l y ，w h i c hi sp r o d u c e di nt h ee x t e r n a ll o a d , w ed e s i g n e dt h eC Tt r i a x i a lt e s tm e t h o db a s i n go nt h r e e d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o n T h ee x p a n s i v es o i lw a sr e s e a r c h e di nt h i sp a p e r ，w h i c hW a st a k e nf r o mt h eh e a do f d i v e r s i o nc a n a li ns o u t h - t o - n o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c to fT a oC h a T h em a i nr e s e a r c h c o n t e n t si n c l u d et h a t ： ( 1 ) T op r e p a r et h ee x p a n s i v es o i l ss a m p l e sw i t ha r t i f i c i a l l yh o l e so fd i f f e r e n ts i z e sa n d d i f f e r e n tp o s i t i o n s V i at h ea r t i f i c i a lh o l e so fd i f f e r e n ts i z e sa n dd i f f e r e n tp o s i t i o n si n t h ee x p a n s i v es o i l ss a m p l e s ，w ei m i t a t e dt h ed a m a g eo fs o i l sf o rs t r u c t u r ea n ds t r e n g t h ， s u c ha st h eb o t a n i cr o o t s t o c ka n de a r t h w o r m ( 2 ) C T t r i a x i a lc o m p r e s s i o n t e s t ：I nt h ew o r k s t a t i o nc o m b i n e d b yL o g i s t i c s E n g i n e e r i n gI n s t i t u t ea n dN a nZ h e n gH o s p i t a l ，w eh a dt r i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s t e si n t h ec o n d i t i o no ft h r e en e tc o n f i n i n gp r e s s u r e sa n dt w os u c t i o n s T h ec h a n g er u l eo fM E a n dS Dv a l u ew a sp a r t i c u l a r a n a l y z e d ，a n dw er e s e a r c h e dt h ec h a n g er o l eo f p o r e d a m a g ei nd i f f e r e n tl o a d s ( 3 ) T h e t h r e e d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o no fC T i m a g e s ：W ed e v e l o p e d t h e t h r e e - d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o n p r o g r a mb a s i n g o ni n t e r s e c t e d m a r c h i n gc u b e s a l g o r i t h m ，c o m p l e t e dt h et h r e e d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o no fC Ti m a g e si nd i f f e r e n t c o n d i t i o n sa n de x t r a c t e dt h ep a r t i c u l a rp a r t sq u a n t i t a t i v e l y ( f o re x a m p l e ，h o l e s ) W e r e p r o d u c e d t h ei n t e r n a lt h r e e d i m e n s i o n a le v o l u t i o no fs o i l s a m p l e s i nl o a d i n g p r o c e d u r e ，a n db r o k et h r o u g ht h eb o u n d e d n e s sw h i c ho n l ya n a l y z e dt h ec h a n g er u l eo f p l a n e rs t r u c t u r ei nt h ep a s t I I I l a wo fa p p e a r a n c ea n di n t e r n a ls t r u c t u r eo fs a m p l e si nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ( 3 ) I ft i m ei sr e g a r d e d a so n ed i m e n s i o n a l i t ya n di tC a ns h o we v o l u t i o nl a w c o n s e c u t i v e l y i nt h e p r o c e s so fs h e a r i n gt h es a m p l e s ，t h ee f f e c t sw i l lb em o r e i n t u i t i o n i s t i c ，a n dt h i sf o u r - d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o np r o c e d u r ec a nb er e s e a r c h e d f u r t h e r T h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yo fe x p a n s i v es o i l sa r e r e s e a r c h e di nt h i sp a p e rm o r er o u n d l y I ti s i m p o r t a n t f o rf u r t h e r s t u d y i n gt h e m e c h a n i s mo ff r a c t u r ea n dm e c h a n i c a lm e c h a n i s mo fr o a d b e da n ds i d es l o p eo nt h e s w e l l e d g r o u n d S i m u l t a n e o u s l y ，t h i sm e t h o da l s oc a nb ea p p l i e dt oo t h e rc T e x p e r i m e n t a ls t u d i e so fc o n s t r u c t i o n a lg e o t e c l m i c a lm a t e r i a l K e yw o r d s ：e x p a n s i v es o i l s ，p o r e ·d a m a g e ，C T - t r i a x i a l ， t h r e e d i m e n s i o n a lr e c o n s t r u c t i o n I V 1 1 研究背景 我国是膨胀土分布最广的国家之一，先后有2 0 多个省区发现有膨胀土，有3 亿以上的人口生活在膨胀土地区。国外也一样，如美国，5 0 个州中有膨胀土的占 4 0 个州，此外在印度、澳大利亚、南美洲、非洲和中东广大地区，也都有不同程 度的分布。膨胀土在全球给房屋、铁路、公路、水利、机场等土木工程设施带来 严重的破坏，有研究表明我国每年因膨胀土造成的经济损失超过1 5 0 亿美元【1 1 。 随着我国经济建设的快速发展，修建在膨胀土地区的公路、铁路、水利等设施越 来越多，研究膨胀土在环境改变时( 加载卸载、浸水失水等) 内部宏细观结构演 化规律及其力学特性，对膨胀土地区的路基、边坡、房屋等工程建筑物的稳定性、 耐久性分析是非常必要的，同时也是十分紧迫的。 面对存在许多天然、加载缺陷的岩土类材料，其内部各种尺度缺陷对其稳定 性或强度的影响程度长期以来为工程界所重视。这些不同空间尺度的缺陷是随加 载路径和气候条件而不断变化的，要想对其进行描述或追踪显示，就非传统的数 学力学刻画手段和测试方法所能做到的。 计算机层析成像( c o m p u t e r i z e dt o m o g r a p h y ，C T ) 技术是一种无损检测技术， 可以动态、定量和无损伤地显示物体在受力等过程中内部结构的变化，所以这一 技术很快被应用到了岩土类材料的细观结构分析中，C T 技术成为研究岩土类材 料内部破裂过程的主要手段之一【2 J 。俄国科学家T o s h i y u k i K 3 l 首次将X 射线C T 引入到冰的内部结构观测中。国内，中科院兰州冰川冻土研究所蒲毅彬、吴紫旺 【4 】等于1 9 9 3 年首次将X 射线C T 引入到岩石、土壤等的冻结过程进行了实验研究 和数值分析。文1 5 l 利用C ，I I 对岩石的破坏过程进行了研究，并且就C T 数的变化进 行了初步的定量分析。文【6 】利用C ，r 一三轴试验装置对膨胀土、黄土等进行了研究， 并就加载、浸水等过程中土体内部结构变化进行了实时分析。文【1 7 J 采用X 射线C T 扫描技术获得单轴动载条件下混凝土破裂过程的系列C T 图像，利用C T 图像对 混凝士的破损过程进行了细观机理研究。 然而上述研究成果表明，目前大部分研究工作都只能借助C T 扫描对岩土体 某一断层上的结构变化( 如裂纹萌生、裂纹扩展等) 做出一些定性分析。传统的 方法是将C T 图像中的低密度区作为裂纹区域，这种方法无法准确地识别裂纹和 判定裂纹的三维具体形态。 无论是裂纹，还是孔隙都是三维结构形式，如果仅以其中的几个断层位置处 西雨大学硕士学位论文 的二维结构的变化来表征整个岩土体的内部三维结构变化，不町避免地将带来很 大误差。所以，现有一般的做法就是通过多扫描几个断层来弥补纵向内部结构变 化无法显示的不足，这一近似做法用于分析单条连续、贯穿裂隙是可以接受的。 而膨胀土绝大多数都是网状或树状裂纹，有限断层数的扫描对于描述内部三维宏 细观裂隙结构的演化规律有其严重不足。显然，基于有限的3 6 个断层C T 扫描 而建立的损伤变量和弹塑性损伤本构模型，对于膨胀土来说其可靠性是值得怀疑 的。但目前关于膨胀土裂隙的三维形态描述问题和损伤变量的准确表征问题都尚 未得到很好的解决。 1 2 研究内容 本文作为损伤重塑膨胀土宏细观结构演化C T 图像的三维重建及其应用研究 中的一个分支一“三维重建算法研究“ ，在后勤工程学院和南郑县医院联合研制的 C T - 三轴试验工作站内进行如下研究： ( 1 ) 在非饱和土的三轴剪切试验中，制备不同孔径的造孔损伤重塑土样。通 过在重塑膨胀土土样中增加不同大小和不同位置的人工孔洞，模拟土体中孔状物 ( 如植物的根茎、蚯蚓等) 对土体结构和强度所造成的影响利用后勤工程学院和南 研 像三维 在轴向 积相同 1 3 研究方法 通过膨胀土c T 一三轴试验，对试验扫描得到的C r 图像进行格式转换、图像增 强、分割等初步处理，应用M a t l a b 等工具软件编制程序，设计基于分割的M a r c h i n g C u b e s 重建算法，对原始投影数据进行表面跟踪、法向量计算等获得三维重建所 需要的投影数据，利用光照模型实现C T 图像的三维显示通过对膨胀土试验中的C T 扫描图像的三维藿建，重现膨胀土在受载过程中内部宏细观结构的三维形态演化， 进而对特定部分( 如裂隙) 进行定量提取和单独显示。 通过做5 个重塑膨胀土试样，进行三组对比试验。l 号和2 号试样具有面积相同 的孔径，但是孔径的位置不同。通过对1 号和2 号试样所具有的6 m m 孑L 径进行测量， 可以对比发现孔径位置对于M E 、S D 值的影响。2 号和3 号分别具有不同数量的孔径， 但是2 号试样具有的孔径面积和3 号试样具有的4 个孔径的面积和相同。通过对这两 种试样进行研究可以发现面积相同但是数量不同的孔径对于M E 、S D 值的影响变化。 2 号试样和4 号试样的孔径都位于试样的正中，但是孔径的大小不同。通过对这两 种试样进行对比研究，可以明确孔径的大小对于M E 、S D 值的影响。而5 号试样是没 有孔径的，对它测量的M E 、S D 和A 值可以作为基础数据和有孔的试样进行对比分析。 1 4 研究的特色与创新 ( 1 ) 目前关于膨胀土裂隙的三维形态描述问题和损伤变量的准确表征问题都尚未 得到很好的解决。通过本项目的研究，可以重现膨胀土在受载和干湿循环过程中 内部宏细观结构的三维形态演化，对特定部分( 如孔洞) 进行定量提取和单独显 示，这在国内外的文献资料中尚未见到相关报道。 ( 2 ) 现有关于膨胀土、黄土等岩土类材料的C T 试验研究工作都是通过3 - 6 个断 层的C T 扫描信息来研究整个土样的结构特性和力学性质，这对于膨胀土等结构性 强的土体来说其可靠性足值得怀疑的。 ( 3 ) 本项目首次将M a r c h i n gC u b e s 算法引入到对膨胀土C T 图像的分析中，并且 针对土体材料中裂隙的混杂性和C T 图像灰度上模糊性特点，在三维重建I j 就对C T 图像进行图像增强和分割等处理，提出基于分割的改进M a r c h i n gC u b e s 算法，这 样既能提高三维重建的计算效率，又能提高三维重建后的图像质量。 3 该三维重建算法研究将为进一步研究损伤莺塑膨胀土宏细观结构演化提供有力的 技术支持，进而可以更深入、更全面地分析膨胀土的结构特性和力学性质，这对 进一步研究膨胀土地区路基、边坡等的破坏机理和力学机制有重要的意义。这一 技术方法还可以借鉴到对黄土等其他结构性强的岩土类材料的结构特性和力学性 质的C T 试验研究中。 1 6 本章小结 义。 4 本章简要介绍了研究背景、研究内容、研究方法、特色与创新之处和研究意 2 1 矿物成分 膨胀土的矿物成分主要是次生粘土矿物蒙特土和伊利土【8 1 。蒙特土和伊利土 都是亲水性强的矿物，浸湿后强烈膨胀。蒙特土是由颗粒极细的含水铝硅酸盐构 成的矿物，它们一般为块状或土状。蒙特土晶体属单斜晶系的含水层状结构硅酸 盐矿物。名称来源于首先发现的产地法国的M o n t m o r i l l o n 。蒙特土颗粒细小，约 0 2 l 微米，具胶体分散特性，通常都呈块状或土状集合体产出。蒙脱石在电子 显微镜下可见到片状的晶体，颜色或白灰，或浅蓝或浅红色。当温度达到1 0 0 2 0 0 时，蒙特土中的水分子会逐渐跑掉。失水后的蒙特土还可以重新，吸收水分 子或其他极性分子。伊利石是常见的一种黏土矿物，常由白云母、钾长石风化而 成，并产于泥质岩中。或由其他矿物蚀变形成。它常是形成其他黏土矿物的中间 过渡性矿物。纯的伊利石黏土呈白色，但常因杂质而染成黄、绿、褐等色。底面 解理完全。当它们吸收水分后还可以膨胀并超过原体积的几停8 9 l 。 地基中吸水性强的矿物较多时，遇水膨胀隆起，失水收缩下沉，对建筑物危 害较大。 2 2 结构特征 对土体结构的研究主要可以从微观、宏观和亚微观三个层次进行。亚微观结 构也称作细观结构，是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式【9 , 1 0 l 。如金属材 料晶粒的粗细及其金相组织，木材的木纤维，混凝土中的孔隙及界面等。膨胀土 的微观结构的研究内容包括：矿物颗粒和孔隙、微裂隙的结构和构造。即矿物颗 粒的大小、形状、表面特征和颗粒级配；颗粒之间的排列方式：颗粒之间的连接 方式；裂隙和孔隙的大小、形状、数量和空间分布与充填情况。 膨胀土中的微结构单元可分为三类【1 0 , 1 1 l ：片状颗粒，包括单片体和叠片体； 扁平状聚集体颗粒，即片状颗粒以边边、边面或面面接触的形式构成的聚集体 颗粒单元。粒状颗粒，分为单粒体和聚集体复合体。按膨胀土中这三种颗粒单 元的相互搭配组合的形式将膨胀土的构造特征分为六种类型，即絮凝结构、定向 排列结构、紊流结构、粒状堆积结构、胶粘式结构、复合式结构。实验证明膨胀 土的膨胀势与微观结构特征有紧密的关系。 膨胀土具有明显的结构特征：在细观上具有网状微裂纹和铁锰集粒；在宏观 上，有钙质结核和裂隙及流纹，如图2 1 与图2 2 是南水北调中线工程陶岔引水渠首 5 西南大学硕上学位论文 边坡膨胀土探井照片。在气候干湿交替变化或加卸载过程中，膨胀土反复胀缩， 裂隙发育，裂隙破坏了土体的完整性，使得强度降低，变形增大，超固结性丧失， 裂隙的扩展为水的渗入提供了通道，进一步加剧了土性的劣化【1 1 】。因此，裂隙性 是膨胀土的重要结构特征，对膨胀土的力学特性影响很大，进一步的深入研究膨 胀土的裂隙性对于科学分析膨胀土路基、边坡等的破坏机理和力学机制有重要的 意义。 图2 1 膨胀土体中的竖向裂隙和流纹 F i g u r e 2 1T h ev e r t i c a lc r a n n ya n df l o w l i n e ri nt h ee x p a n s i v es o i l 2 3 物理力学特性 图2 2 膨胀土体中的竖向流纹构造 F i g u r e 2 2T h ev e r t i c a lf l o w l i n e rs t r u c t u r ei nt h ee x p a n s i v es o i l 膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类：一类以蒙脱石为主，另一类以 伊力土和高岭土为主。蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊力土和高岭土 则发生有限的膨胀，引起膨胀土发生变化的条件，分析概述如下【加l ： ( 1 ) 含水量 膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关。如果其含水 量保持不变，则不会有体积变化。在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土 上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。当粘七的含水量发生变化，立即就会 产生垂直和水平两个方向的体积膨胀。含水量的轻微变化，仅1 “2 的量值，就 足以引起有害的膨胀。在安康地区，膨胀土对人们的危害较大，建造在膨胀土上 的地板，在雨季来临时，土中含水量增加引起的地板翘起开裂屡见不鲜。 一般来讲，很干的粘土表示有危险。这类粘土能吸收很多的水，其结果是对 结构物发生破坏性膨胀。反之，比较潮湿的粘土，由于大部分膨胀已经完成，进 一步膨胀将不会很大。但应注意的是，潮湿的粘上，在水位下降或其它的条件变 化时，可能变干，显示的收缩性也不可低估。 6 第2 章膨胀上的结构及特性 ( 2 ) 干容重 粘土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指 标。y = 1 8 0 K N m & s u p 3 , 的粘土，通常显示很高的膨胀潜势。在安康地区，人们对 这种土的评语是”硬的象石头”。这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。 ( 3 ) 力学性质 在工程地质中，这种粘土的膨胀现象很普遍，我们通过土工实验，得出粘土 的力学指标，以供土质力学上的计算。通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨 胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。 膨胀潜势，简单的讲，就是在室内按A A S H O 标准压密实验，把试样在最佳含 水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的 膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量。膨胀量的大小主 要取决于环境条件，如润湿程度润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此，在 工程施工中，改造膨胀土周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。 膨胀力，也就是膨胀压力。通俗的讲，就是试样膨胀到最大限度以后，再加 荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的粘土来说，其膨胀压 力是常数，它仅随干容重而变化。因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀 特性的一种尺度。对于未扰动的粘土来讲，干容藿是土的原位特征。所以在原位 干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。 2 4 膨胀土变形的主要原因 ( 1 ) 内因 膨胀土发生胀缩变形的主要内部因素有以下几个方面【l l l ：矿物及化学成 分：如上所述膨胀土含大量的蒙特土和伊利土，亲水性强，胀缩变形大。化学成 分以氧化硅、氧化铝、氧化铁为主。如氧化硅含量大则胀缩量大；粘粒含量： 粘粒d 制 遐 讧全 蝗 。2 4 轴南应委a 1 0 1 21 41 6 s = lO O k p a 图3 6 体积应变与轴向应变的关系( s = 1 0 0 k p a ) F i g u r e3 6T h er e l a t i o n s h i po fv o l u m e t r i cs t r a i na n da x i a ls t r a i n ( s = l O O k p a ) 图3 6 表明，在控制吸力为1 0 0 k p a 不变的条件下，体积应变随着轴向应变的 增加而逐渐增大。而净围压越大，其增大趋势越显著，在三个不同净围压条件下， 其增大的趋势最终也趋于稳定的状态。 ( 4 ) 吸力为2 0 0 k p a ，净围压分别为5 0 k p a ，1 0 0 k p a 和2 0 0 k p a 时体积应变和轴向 应变关系见表3 6 和图3 7 ： 1 7 西南大学硕十学位论文 表3 6 体积应变与轴向应变的关系( s = 2 0 0 k p a ) T a b l e 3 6T h er e l a t i o n s h i po fv o l u m e t r i cs t r a i na n da x i a ls t r a i n ( s = 2 0 0 k p a ) 体 秘 应 变 辞 s = 2 0 0 k p a 5 0 k p a O O k p a 鲁 仃u = 2 0 0 k p a 图3 7 体积应变与轴向应变的关系( s = 2 0 0 k p a ) F i g u r e3 7T h er e l a t i o n s h i po fv o l u m e t r i cs t r a i na n da x i a ls t r a i n ( s = 2 0 0 k p a ) 同样，当吸力为2 0 0 k p a 时，体积应变也随着轴向应变的增加而增大，但是三 个不同条件下的净围压在轴向应变达到9 1 0 时其对应的体积应变都开始减少。 这表明，在净围压不变的情况下增大吸力时，体积应变会在当达到一定的轴向应 变时而减少，具体的轴向应变是多少还要根据不同的吸力条件来判断，为了研究 这一问题还需要大量的试验来验证。 3 5c T 扫描图片 1 8 1 2 3 4 5 西南大学硕士学位论文 表3 82 号试样的c T 扫描图 T a b l e3 8C Ts c a n n i n gf i g u r eo fs a m p l e2 断 面 1 3 轴向应变率( ) 05 2 3 4 5 2 l 西南大学硕士学位论文 表3 1 04 号试样的C T 扫描图 T a b l e3 1 0C Ts c a n n i n gf i g u r eo fs a m p l e4 断轴向应变率( ) 面051 01 5 = ；锄；一i ，。参辔够 l l 彰9 。一li ：黪豢i 秽；I = ；。99 穆 8 幽 圉0 蘩：善么!2 I jL 彩， 薯 l魄爹妒1 1r ，。番麓。1 j l 勺； j 1一 鼎嚣“- Z 一 1 l 。飞l “ 甏 镕秀t ：l 辔，爹9 ；l 。 一一 。芒I 霍 彩缈要 l 酾，糁嬲，。囊i 妻 秒l魄i 产5 ，萼 ； l 勿锈 5 jl 。 囔 j 鬈； ：门i。，稿i灞i t 锡9 ， 够lI 赣 镌 黪 j LI 一 2 3 4 5 2 3 西南大学硕士学位论文 表3 7 到表3 1 1 是1 5 号试样的C T 扫描图。本试验中设置窗宽为1 0 0 0 ，窗位 为1 4 5 0 。通过每个表的横向进行比较，可以观察到同一个断面随着轴向应变率的 增大，其孔径和裂纹的发展状况，而通过纵向比较可以观察到扫描的同一试样的 五个断面M E 和S D 值的变化情况。 从表中的每一行可以看出：随着轴向应变率的增加，同一断面的面积在逐渐 增