싱크로트론 X선 마이크로 단층 촬영을 사용하여 전단 하에서 세분화된 토양의 고장 및 관련 곡물 스케일 기계적 거동 시각화

요약

이 프로토콜은 트라이축 압축 중에 세분화된 토양의 고공간 해상도 컴퓨터 단층 촬영(CT) 이미지를 획득하고 이러한 CT 이미지에 이미지 처리 기술을 적용하여 입자 규모의 기계적 거동을 탐구하는 절차를 설명합니다. 하중의 토양.

초록

이미지 처리 및 분석 기술을 갖춘 X선 이미징 기술의 급속한 발전으로 높은 공간 해상도의 세분화된 토양의 CT 이미지를 수집할 수 있게 되었습니다. 이러한 CT 이미지를 기반으로 입자 운동학(즉, 입자 변환 및 입자 회전)과 같은 입자 스케일 기계적 거동, 변형 국소화 및 입자 간 접촉 진화를 정량적으로 조사할 수 있습니다. 그러나, 이것은 전통적인 실험 방법을 사용하여 접근할 수 없습니다. 이 연구는 싱크로트론 X선 미세 단층 촬영 (μCT)을 사용하여 삼축 압축하에서 과립 토양 샘플의 곡물 규모의 기계적 거동을 탐구하는 것을 보여줍니다. 이 방법을 사용하면 트라이축 테스트 중에 특수 제작된 미니어처 로딩 장치를 사용하여 시료에 밀착 및 축 응력을 적용합니다. 이 장치는 샘플의 고공간 해상도 CT 이미지가 샘플에 방해가되지 않고 테스트의 다른 로딩 단계에서 수집 될 수 있도록 싱크로트론 X 선 단층 촬영 설정에 장착됩니다. 매크로 스케일(예: 트라이축 장치 설정에서 샘플 경계 응력 및 변형)과 그레인 스케일(예: CT 이미지에서 의 입자 이동 및 접촉 상호 작용)에서 정보를 추출하는 기능을 통해 이 절차는 세분화 된 토양의 다중 스케일 역학을 조사하는 효과적인 방법론.

서문

강성, 전단 강도 및 투과성과 같은 과립 토양의 거시적 기계적 특성은 기초, 경사 및 암석 채우기 댐과 같은 많은 지질 공학 구조에 매우 중요하다는 것이 널리 인식되고 있습니다. 수년 동안 현장 테스트와 기존의 실험실 테스트(예: 1차원 압축 테스트, 트라이축 압축 테스트 및 투과성 테스트)는 다양한 토양에서 이러한 특성을 평가하는 데 사용되어 왔습니다. 토양 기계적 특성을 테스트하기 위한 코드 및 표준도 엔지니어링 목적으로 개발되었습니다. 이러한 거시 적 규모의 기계적 특성이 집중적으로 연구되었지만, 이러한 특성을 제어하는 입자 스케일 기계적 거동 (예 : 입자 운동학, 접촉 상호 작용 및 변형 변형 국소화)은 엔지니어와 연구원. 한 가지 이유는 토양의 곡물 규모의 기계적 거동을 탐구할 수 있는 효과적인 실험 방법의 부족입니다.

지금까지, 과립 토양의 곡물 규모의 기계적 거동에 대한 대부분의 이해는 입자 스케일 정보 (예 : 입자 운동학 및 입자 접촉)를 추출하는 능력 때문에 이산 요소 모델링¹ (DEM)에서 비롯되었습니다. 힘)을 제공합니다. DEM 기술을 사용하여 세분화된 토양 기계적 거동을 모델링하는 이전 연구에서각 개별 입자는 단순히 모델의 단일 원 또는 구로 표현되었습니다. 이러한 지나치게 단순화 된 입자 모양의 사용은 입자의 과부하로 이끌려 더 낮은 피크 강도 거동^2. 더 나은 모델링 성능을 달성하기 위해, 많은 조사자는 압연 저항 모델^3,4,5,6 또는 불규칙한 입자 모양^{7,8을사용했다. 9,10,11,12} 그들의 DEM 시뮬레이션. 그 결과, 입자 운동학적 행동에 대한 보다 현실적인 이해가 얻어졌습니다. 입자 운동학 이외에도 DEM은 입자 접촉 상호 작용을 조사하고 이론적 모델을 개발하는 데 점점 더 사용되고 있습니다. 그러나 실제 입자 모양을 재현하고 정교한 접촉 모델을 사용해야 하기 때문에 DEM은 불규칙한 모양의 세분화된 토양 모델링에서 매우 높은 계산 능력을 필요로 합니다.

최근, 광학 장비 및 이미징 기술(예를 들어, 현미경, 레이저 보조 단층 촬영, X선 컴퓨터 단층 촬영(CT) 및 X선 미세 단층 촬영(μCT)의 개발은 세분화 된 토양의 곡물 규모 기계적 거동. 삼축 검사 전후의 토양 시료 이미지의 수집 및 분석을 통해, 이러한 장비 및 기술은 토양 미세 구조물^{13,14,15,16의 조사에 활용되어 왔다. ,17,18,19}. 최근에는 X선 CT 또는 μCT를 이용한 시험에서 공극비^20,균주 분포^{21,22,23,24의}진화를 조사하기 위해 점점 더 많이 사용되고 있다. 입자 운동^25,26,27,28,입자 간 접촉^{29,30,31 및}입자 분쇄³² 세분화 된 토양. 여기서, "현장에서"는 로딩과 동시에 수행되는 X선 스캐닝을 의미한다. 일반적인 X선 스캐닝과는 달리, 현장에서 X선 스캐닝 테스트에는 토양 시료에 응력을 전달하기 위해 특별히 제작된 로딩 장치가 필요합니다. 로딩 장치 및 X선 CT 또는 μCT 장치의 결합된 사용으로, 시험의 상이한 로딩 단계에서 샘플의 CT 이미지는 비파괴적으로 획득될 수 있다. 이러한 CT 이미지를 기반으로, 세분화된 토양 거동에 대한 입자 스케일 관측을 획득할 수 있습니다. 이러한 CT 이미지 기반 입자 수준 관측은 수치 결과를 확인하고 세분화된 토양의 입자 규모 기계적 거동에 대한 새로운 통찰력을 얻는 데 매우 유용합니다.

이 문서는 토양 샘플 의 현장 스캐닝 테스트에서 X 선이 입자 운동학, 변형 국소화 및 토양 샘플 내의 입자 간 접촉 진화를 관찰하는 예시적 실험을 사용하여 수행 될 수있는 방법에 대한 세부 사항을 공유하는 것을 목표로합니다. 결과는 situ 스캐닝 시험에서 엑스레이가 세분화된 토양의 입자 수준 거동을 탐구하는 중대한 잠재력을 가지고 있다는 것을 보여줍니다. 이 프로토콜은 X선 μCT 장치의 선택과 소형 삼축 로딩 장치의 제조를 다루며, 시험을 수행하기 위한 상세한 절차가 제공됩니다. 또한, 이미지 처리 및 분석을 사용하여 입자 운동학(즉, 입자 변환 및 입자 회전), 변형 지역화 및 입자 간 접촉 진화(즉, 접촉 이득, 접촉 손실 및 접촉 운동)을 설명합니다.

프로토콜

1. 실험을 사전에 잘 설계

1. 시험 재료, 입자 크기, 샘플 크기 및 샘플 초기 다공성을 결정합니다.
   참고: 직경 이 0.15~0.30mm의 레이튼 버자드 모래와 8 x 16mm(직경 x 높이)의 샘플 크기가 이 연구의 프로토콜을 입증하는 예로 사용됩니다. 푸젠 모래, 휴스턴 샌드, 오타와 모래 및 카이코스 오이드 와 같은 다른 모래와 유사한 샘플 크기도 사용할 수 있습니다.
2. 소정의 입자 크기 및 샘플 크기에 따라 결정되는 필요한 공간 분해능 및 스캐닝 영역에 따라 적절한 검출기(도1A)를선택한다. 예를 들어, 6.5 μm의 공간 분해능을 가진 검출기가 본 연구에서 사용된다. 2048 x 860 픽셀 (즉, 13.3 × 5.6 mm)의 효과적인 스캔 영역을 가지고 있습니다.
   참고: 트라이축 압축 테스트 중에 변형된 샘플은 검출기의 스캐닝 영역에 남아 있어야 합니다. 개별 입자가 적절한 입자 특성 추출을 위해 충분한 복셀을 포함할 수 있도록 고공간 분해능 검출기를 사용해야 합니다.
3. 시험 재료 및 샘플 크기에 따라 X선소스(그림 1A)의필요한 에너지와 노출 시간을 결정합니다. 일반적으로 더 높은 에너지는 밀도가 높은 재료로 구성된 더 큰 샘플에 사용되어야 합니다. 이 연구에서 모래 샘플에 대해 25 keV의 X선 에너지와 0.05 초의 노출 시간을 사용합니다.
   참고: 필요한 X선 에너지 및 노출 시간은 샘플의 스캔 된 프로젝션을 사용하여 시행 착오에 의해 결정될 수 있습니다. 투영의 최소 회색 눈금 강도와 최대값의 비율은 0.2보다 낮아서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 더 높은 X선 에너지 또는 더 긴 노출 시간을 사용해야 합니다.
4. X선 장치의 회전단계(그림 1A)에필요한 회전 속도 ω(초당 도)을 결정합니다. 회전 속도 ω은 CT 슬라이스 재구성에 필요한 투영 수 N(예: N = 1,080)에 따라 계산됩니다.
   참고: ω=180V_s/N. 여기서,_Vs는 X선 장치의 스캐닝 속도, 즉 초당 스캔 및 기록된 방사선 사진의 수이다. _Vs는 주로 컴퓨터와 같은 검출기와 관련된 검출기 및 하드웨어의 성능에 의해 영향을 받습니다.
5. X선 μCT 장치와 함께 사용할 트라이축 로딩장치(도 1B, C,참조 33 참조 참조)를 제작한다. 장치는 종래의 삼축 압축 장치와 동일한 주요 기능을 가져야 한다. 설계는 샘플 크기, 응력 범위 및 적재 속도의 요구 사항을 고려해야 합니다.
   참고: 장치는 X선 μCT 장치에 장착할 수 있어야 하며 회전 단계를 사용하여 회전을 용이하게 하기 위해 가볍어야 합니다. 삼축 세포는 X 선에 투명해야합니다. 투명도 요건을 고려할 때, 아크릴 및 폴리카보네이트는 삼축 전지를 제조하는데 사용될 수 있다.
6. X선 CT 스캐너 외부에서 동일한 공막 압력, 로딩 속도 및 샘플 특성(즉, 재료, 샘플 크기 및 초기 다공성)으로 테스트를 수행하여 CT 스캐닝을 위한 로딩을 일시 중지할 시기를 계획합니다.

2. 실사 삼축 압축 테스트 수행

1. 트라이축 로딩 장비와 시험 자료를 현장에 배치합니다.
   참고: 로딩 장치 및 밀착 압력 제공 장치(재료 표참조)는 X선 CT 스캐닝 룸에 배치되고 데이터 수집 및 제어 장치는 외부에 있습니다. 그런 다음 샘플의 트라이축 로딩 및 CT 스캐닝이 스캔 실 밖에서 작동됩니다.
2. X선 마이크로 CT 장치의 보드에 리프팅 단계를고정합니다(그림 1B). 리프팅 스테이지의 틸팅 스테이지와 틸팅 스테이지의 회전 스테이지를 각각 고정합니다(그림1B).
   참고: 리프팅 스테이지와 틸팅 스테이지는 해당 장비에 배치된 관련 장비를 이동하기에 충분한 적재 용량을 가져야 합니다.
3. 단일 X선이 회전 스테이지의 축을 중심으로 180도 를 가로질러 회전할 때 샘플 내에서 동일한 지점을 통과되도록 기울기 단계를 통해 회전 단계의 위치와 방향을 조정합니다.
   참고: 2.2~2.3단계는 상하이 싱크로트론 방사선 센터(SSRF)의 X선 마이크로 CT 장치에 적용됩니다. 특히 정세 삼축 테스트에 사용되는 X선 마이크로 CT 장치의 경우, 이러한 단계는 회전 단계의 신중한 위치 및 고정 후에 생략될 수 있다.
4. 다음 절차에 따라 보드에 토양 샘플을 준비합니다.
   1. 베이스 플레이트의 상단 끝의 측면 표면 주위에 소량의 실리콘 그리스를 추가하고 상부 표면에 다공성 돌을 놓습니다. 상단의 측면 표면 주위에 멤브레인을 놓습니다(그림2A).
   2. 샘플 제조업체의 두 부분 사이의 접촉 면에 소량의 실리콘 그리스를 추가하고 잠급전하십시오. 샘플 제조업체를 베이스 플레이트에 놓고 멤브레인이 통과할 수 있도록합니다(그림 2B).
   3. 진공 펌프를 사용하여 노즐을 통해 샘플 제조업체 내부에 흡입(예: 25kPa)을 생성합니다. 멤브레인을 상단 끝의 측면 표면에 고정합니다. 멤브레인이 샘플 제조업체의 내부 표면에 부착되어 있는지 확인합니다(그림2C).
   4. 테스트 과립 재료를 특정 높이의 깔때기를 사용하여 샘플 제조업체에 완전히 채워질 때까지 떨어뜨리게 합니다. 토양 시료의 상부 표면은 샘플 메이커의 상부 가장자리와 동일한 수준이어야합니다(그림 2D).
   5. 토양 샘플 위에 또 다른 다공성 돌을 놓고 다공성 돌 위에 스테인리스 스틸 쿠션 플레이트를 놓습니다. 쿠션 플레이트의 측면 표면 주위에 실리콘 그리스를 바릅니다. 샘플 제조업체에서 멤브레인의 위쪽면을 제거하고 쿠션 플레이트에 고정합니다(그림2E).
   6. 샘플 메이커 노즐 내부의 흡입을 제거하고 베이스 플레이트의 밸브 내부에 흡입을 만듭니다. 마지막으로 샘플 제조업체를 제거합니다. 그림 2F에서볼 수 있듯이 소형 건조 샘플이 생성됩니다.
      참고: 이 단계는 공기 플루비에이션 방법을 사용하여 소형 토양 샘플을 제조하는 절차를 보여줍니다. 기존의 건식 다짐 방법을 사용하여 시료를 생산할 수도 있습니다.
5. 베이스 플레이트에 있는 컨핀 셀을 고정하고 챔버 상단 플레이트를 컨핀 셀 의 상단에 고정합니다(그림1C).
6. 챔버 상단 플레이트에 셀의 피스톤 샤프트를 고정합니다(그림1C).
7. 베이스 플레이트를 회전 스테이지에 컨핀 셀 및 챔버 상단 플레이트와 함께 배치합니다. 프레임은 CT 스캐닝을 위해 샘플의 높이를 조정하는 데 사용됩니다(그림1B).
   참고: 이 프레임은 SSRF에서 리프팅 스테이지의 제한된 이동 범위로 인해 사용됩니다. 이동 범위가 큰 리프팅 스테이지를 사용하는 경우 프레임을 사용할 필요가 없습니다.
8. 챔버 상단 플레이트에 로딩 장치의 나머지 부분을 부착합니다.
9. 선형 가변 차동 변압기(LVDT), 로드 셀 및 스테핑 모터를 설치하고 활성화합니다(그림1C).
10. 셀 압력(CP) 밸브(그림 1C참조)를 통해 셀을 공기 가압 공급 장치에서 공급된 물을 사용하여 비공기물로 채웁니다(재료 표참조). 물이 밸브 밖으로 유입되기 시작하면 물 출구(WE) 밸브를 닫습니다(그림 1C참조).
    참고: 매우 낮은 상수 압력 값(예: 10kPa)으로 수축 압력 제공 장치를 상수 압력 모드로 설정합니다.
11. 시료에 25 kPa의 일정한 감금 압력을 추가하고 샘플 내부의 흡입을 제거합니다.
12. 상한 압력 제공 장치를 사용하여 미리 결정된 값으로 공압 압력을 점진적으로 증가시다.
13. 샘플의 첫 번째 스캔을 수행합니다. 고공간 해상도 CT 스캐너(예: 픽셀 크기 6.5 μm)의 경우 샘플의 전체 스캔(예: 높이가 16mm)은 일반적으로 샘플을 여러 다른 높이에서 스캔해야 합니다(즉, 스캔은 여러 섹션으로 나뉩니다).
    참고: 낮은 공간 해상도 검출기와 작은 크기의 샘플을 사용하는 경우 스캐닝 영역은 단일 섹션을 사용하여 샘플의 전체 필드 스캔을 획득하기에 충분할 수 있습니다.
    1. 샘플의 섹션을 스캔합니다. CT 스캐너를 이미지 캡처 모드로 설정한 다음 회전 단계를 시작하여 미리 결정된 일정한 회전 속도(예: 3.33도/s)로 전체 장치를 180도 회전하여 다른 각도에서 샘플의 CT 투영을 캡처합니다.
       참고: 샘플이 아래에서 위쪽으로 스캔되는 것이 좋습니다(즉, 첫 번째 섹션에는 샘플 하단에 있는 모든 파티클이 포함되어 있음).
    2. 회전이 완료되면 이미지 캡처 모드를 끕니다. 장치를 초기 위치로 다시 돌이십시오.
    3. 샘플의 다음 섹션을 스캐닝하기 위한 특정 높이(예를 들어, 4 mm)에 의해 리프팅스테이지(도 1B)를사용하여 전체 장치와 함께 샘플을 들어 올립니다.
       참고: 리프팅은 현재 단면과 마지막 섹션 사이에 겹침이 있는지 확인해야 합니다(즉, 두 개의 연속된 섹션 간에 겹치는 부분이 있음). 겹치는 것은 바느질을 용이하게하기 위해 10 픽셀 이상이어야합니다.
    4. 2.13.1-2.13.3 단계를 반복하여 샘플의 마지막 섹션을 스캔합니다.
14. 일정한 로딩 속도로 샘플에 축 하중을 적용합니다. 여기서, 0.2%/min의 적재율이 이 연구에서 사용된다. 사용자는 실험 요구 사항에 따라 다른 로딩 속도를 설정할 수 있습니다.
15. 미리 결정된 축 변형에서 축 하중을 일시 중지합니다. 측정된 축힘이 정상 값(일반적으로 2분 이내)에 도달할 때까지 기다렸다가 다음 스캔을 수행합니다. 스캔 절차는 2.13 단계에서 설명한 것과 동일합니다.
16. 로드가 끝날 때까지 2.14 및 2.15 단계를 반복합니다.
17. 검정을 내리고 트라이축 장치에서 샘플을 제거합니다.
18. 검출기로부터 여러 개의 평평한 돌출부(일반적으로 10개의 돌기)를 획득하기 위해 회전 단계에 베이스 플레이트와 컨페닝 셀을 설치한다. X선 소스를 종료하여 검출기에서 동일한 수의 어두운 프로젝션을 얻습니다.
    참고: 평평하고 어두운 투영은 원시 CT 프로젝션의 위상 검색에 사용됩니다. 평면 및 어두운 보정을 구현하면 재구성된 CT 슬라이스에서 샘플과 주변 배경 간의 대비가 향상됩니다. 또한 검출기의 결함이있는 픽셀로 인한 링 아티팩트를 완화하는 데 도움이됩니다.

3. 이미지 처리 및 분석

1. 이미지 처리
   1. 무료 소프트웨어 PITRE^34를사용하여 샘플의 원시 CT 프로젝션의 위상검색(그림3B)을구현한다. 메뉴로드 이미지에서PITRE에 프로젝션(평면 및 어두운 투영 포함)을 로드합니다. 아이콘 PPCI를클릭합니다. 관련 검색 매개 변수를 입력하고 Single을 클릭하여 단계 검색을 구현합니다.
      참고: 위상 검색의 구현은 재구성된 CT 슬라이스에서 서로 다른 단계(즉, 보이드 위상 및 솔리드 위상) 간의 인터페이스 향상을 제공하며, 이는 후속 이미지 기반 분석에 매우 중요합니다. 파티클 간 접촉.
   2. 단계 검색 후 CT 프로젝션을 기반으로 PITRE를 사용하여 샘플의 CT 조각을 재구성합니다(그림3C). 메뉴에서 PITRE에 투영을 로드 이미지 로드합니다. 아이콘 ProjSino를클릭합니다. 나타난 창에 관련 매개 변수를 입력하고 Single을 클릭하여 CT 슬라이스를 재구성합니다.
      참고: 수평 슬라이스를 확인하여 무거운 빔 경화 아티팩트 또는 링 아티팩트가 없는지 확인합니다. 그렇지 않으면 현재 스캐닝 매개 변수를 변경하고 샘플을 다시 스캔해야 합니다. 수직 슬라이스를 확인합니다. 전단 전에 샘플이 심하게 기울어진 경우 테스트는 실패한 것으로 간주됩니다.
   3. CT 슬라이스에 이미지 필터링을 구현합니다. 이방성 확산 필터는 이미지 필터링을 수행하는 데사용됩니다(그림 3D).
   4. 필터링된 CT 슬라이스에서 이미지 이나화를 수행합니다. 오쓰의 방법^35를사용하여 CT 슬라이스의 강도 히스토그램에 따라 결정되는 CT 슬라이스에 강도 값 임계값을 적용함으로써 이미지 바이나화(도3E)를구현한다.
      참고: 고체 상과 보이드 상 사이의 상당한 강도 의 중첩을 나타내는 회색 스케일 강도 히스토그램을 가진 CT 슬라이스의 경우, 고체 상^36의질량을 사용하여 이미지 이너화의 검증이 요구된다.
   5. 마커 기반 유역 알고리즘을 사용하여 비나화 된 CT 슬라이스에서 개별 입자를 분리하고 결과를 3D 레이블이 지정된 이미지에 저장합니다(그림 3F). CT 이미지에서 계산된 입자 크기 분포를 기계적 체질 테스트의 분포와 비교하여 결과를 검증합니다.
      참고 : 소프트웨어 Avizo 화재의 모듈 별도의 개체는이 알고리즘을 구현하는 데 사용할 수 있습니다. 아비조 화재의 국경 죽이기 모듈을 사용하여 비나화 CT 슬라이스에서 다공성 돌을 제거합니다. 신뢰할 수 있는 입자 분리 결과를 얻으려면 독자는 다른 입자 분할 알고리즘^37,38,39를시도하는 것이 좋습니다.
2. 이미지 분석
   1. 레이블이 지정된 이미지에서 파티클 특성을 추출합니다. MATLAB 스크립트는 파티클 체적, 입자 표면적, 파티클 방향 및 파티클 중심 좌표를 포함한 입자 특성을 추출하는 데 사용됩니다.
      참고 : 본질적인 MATLAB 함수 영역props, bwprim 및 pca는 각 입자의 이러한 특성을 획득하는 데 사용됩니다. 이러한 절차에 대한 자세한 설명은 청과 왕^(28)의작품에서 찾을 수 있습니다.
   2. 이비인화 CT 슬라이스로부터 접촉 복셀을 추출하는 것은 논리적 연산과 CT 슬라이스의 이진 이미지와 마커 기반의 구현으로부터 획득한 유역선의 이진 이미지 사이의 구현에 의해 유역 알고리즘³¹.
      참고 : 접촉 복셀의 과다 검출은 CT 이미지^40,41의부분 볼륨 효과와 임의의 노이즈로 인해 발생할 수 있습니다. 그러나, 입자 간 접촉의 약간의 과다 검출은 입자 간 접촉 진화^{거동(42)의}전반적인 추세에 큰 영향을 미치지 않을 것이다.

4. 토양의 입자 규모의 기계적 행동의 CT 이미지 기반 탐사

참고: 다음 이미지 기반 분석은 이상적으로 구형 입자 또는 매우 좁은 정지 범위(예: 단분산 샘플)를 가진 샘플에는 적용되지 않습니다. 그러나 진원도가 높고 정지율이 낮은 입자(예: 0.3~0.6mm 유리 비드)의 경우 방법론이 좋은 결과를 산출합니다(청 및 왕³¹참조).

1. 샘플의 입자 운동학을 정량화합니다. 파티클 추적 방법을 사용하여 파티클 체적 또는 입자 표면적을 기반으로 다른 스캔에서 샘플 내의 개별 입자를 추적합니다. 이 방법에 대한 자세한 설명은 청과 왕^(28)에서제공됩니다.
   1. 두 번의 연속 스캔 중에 각 파티클의 변환을 계산합니다. 두 스캔 사이의 파티클 중심 좌표차이로 계산됩니다.
   2. 두 스캔 간의 주요 주 축 방향의 차이에 따라 각 파티클의 회전 각도를 결정합니다.
2. 샘플의 변형률 필드를 정량화합니다. 그리드 기반 방법을 사용하여 파티클 변환 및 파티클 회전을 기반으로 두 번 연속 된 스캔 중에 변형률 필드를 계산합니다.
   참고: 이 방법은 스캔과 입자 운동학 결과 모두에서 샘플의 레이블이 지정된 이미지가 필요합니다. 독자는 자세한 설명을 위해 전작^24를 참조한다.
3. 샘플의 입자 간 접촉 진화를 분석합니다. 추출된 접촉 복셀, 입자의 표지된 이미지 및 입자 추적 결과를 기반으로 각 전단 증분 동안 시료 내에서 손실된 접점의 분기 벡터 배향과 획득한 접점의 분기 벡터 방향을 분석합니다.
   참고 :이 방법에 대한 전체 설명은 청과 왕^(31)에서제공됩니다.

결과

도 5는 2D 슬라이스에서 레이튼 버자드 모래(LBS) 샘플의 입자 운동학 결과를 2개의 전형적인 전단 증분, I 및 II를 도시한다. 대부분의 파티클이 성공적으로 추적되고 위의 프로토콜에 따라 변환 및 회전이 정량화됩니다. 첫 번째 전단 증분 동안 파티클 변위나 파티클 회전은 명확한 지역화를 나타내지 않습니다. 그러나 지역화된 대역은 두 번째 전단 증분 동안 입자 변위 맵과 ...

토론

고공간 해상도 X-ray 마이크로 CT 및 고급 이미지 처리 및 분석 기법을 통해 다중 스케일 수준에서 전단 하에서 세분화된 토양의 기계적 거동에 대한 실험적 조사를 가능하게 했습니다(즉, 매크로 스케일, 메소 스케일 및 그레인 스케일 수준)을 참조하십시오. 그러나 CT 이미지 기반 메조 및 그레인 스케일 조사를 위해서는 적재 시 토양 샘플의 고공간 해상도 CT 이미지를 수집해야 합니다. 이 공정에?...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Confining pressure offering device	GDS	STDDPC
De-aired water	N/A	N/A	Water de-aired in the lab
Leighton Buzzard sand	Artificial Grass Cambridge	Drained Industrial Sand 25 kg	Can be replaced with different soils
Miniature triaxial loading device	N/A	N/A	The miniature loading device is specially fabricated by the authors
Silicon grease	RS company	RS 494-124
Synchrotron radiation X-ray micro CT setup	Shanghai Synchrotron Radiation Facility Center (SSRF)	13W1	The triaxial testing is carried out at the BL13W beam-line of the SSRF
Vacuum pump	Hong Kong Labware Co., ltd.	Rocker 300