基于数字图像相关技术(DIC)的土体干缩开裂特性研究

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tiankun7294
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在干燥条件下,土体极易蒸发失水收缩,直至产生开裂。裂隙的存在会破坏土体的完整性,降低土体强度,并可能导致各种地质和岩土工程问题。深入研究土体干缩开裂过程对准确掌握干旱气候环境中的土体工程性质响应特性具有重要意义。裂隙的产生与土的应力状态有关,通过分析干燥过程中土体表面的应力场或者应变场演化特征,进而建立其与裂隙发育的相互关系,有助于更好地理解裂隙的产生和演化机制。因此,本文以膨胀土和下蜀土为主要试验材料,分别制备了初始饱和的均质泥浆样及不同压实状态的压实样,开展了一系列室内干燥试验。采用数码相机实时记录了土体干缩裂隙的动态发育过程,借助数字图像相关技术(DIC)对干燥过程中土体表面的应变场和位移场进行了系统分析,探讨了不同阶段、不同状态下的土体表面应变场和位移场的演化特征,揭示了土体干缩开裂过程的一些规律和机理。论文的主要工作和研究结果如下:(1)对于初始饱和的泥浆样,在干燥过程中裂隙通常首先出现在张拉应变集中区,裂隙产生后,周边应变场迅速重分布,位移场也随之改变。新的应变场和位移场又会重新作用于裂隙,影响着裂隙之后的发育发展方向。在应变场和位移场与裂隙的这种相互作用下,裂隙倾向于与其它裂隙成直角相交。此外,在发展过程中,受已有裂隙和容器边界条件的影响,裂隙会展现出不同程度的偏转现象。土体在收缩变形过程中存在收缩中心现象,收缩中心的位置会随着干燥时间的推移而不断移动。基于土体表面的应变场和位移场信息,不仅可以提前预知土体局部区域的干缩开裂特性,并且能用于直观地判断裂隙或土块是相对活跃还是相对稳定的。(2)试验观测到裂隙一般首先在试样表面的瑕疵点发育,这是因为瑕疵点会导致土体表面出现明显的应力集中。分析结果表明,试样表面的不平整、气泡的存在,或是任何人为引起的土样缺陷,都会在干燥过程中导致应力集中现象,反映在应变场中通常会出现较大面积的张拉应变集中区和压缩应变集中区。单一瑕疵点在初始时往往会诱发三条裂隙,并以120°角向三个不同的方向扩展,形成“Y”形裂隙。对于多个瑕疵点而言,裂隙会首先从某个瑕疵点处呈“Y”形产生,而后第二个瑕疵点开始发育裂隙,形成“T”形分布的裂隙,第三个瑕疵点处则最终形成呈“一”字形发育的裂隙。裂隙从某个瑕疵点处开始发育,进而在扩展过程中,会受到其他瑕疵点周围的应力场的影响,发育方向发生改变。(3)对于在干侧含水率及最优含水率条件下压实的土样,土样会形成团聚体结构,干燥过程中土样表面产生的是分散的张拉应变集中点,导致裂隙的发育几乎是同时且均匀分布的;而在湿侧含水率条件下压实的土样则以分散结构为主,干燥过程中形成的是较为连续的张拉应变集中区,导致裂隙是有序分级产生的。这主要是因为团聚体结构由黏土颗粒聚集形成,团聚体之间存在大孔隙,是土样连接较弱的部位,因而容易同时发育众多裂隙。湿侧含水率条件下压实的土样和泥浆样的干缩开裂过程较为相似,都是主次裂隙有序发育,说明土样的初始结构状态对裂隙发育过程有重要影响。此外,随着含水率的增加,稳定后的裂隙条数和裂隙密度逐渐减小,裂隙平均长度和宽度逐渐增大,裂隙的几何形态趋于简单化。(4)在不均匀温度场的作用下,裂隙会首先从靠近高温区的某个位置产生,而后以圆弧状不断向两侧扩展,并从高温区向低温区逐层发育。温度场的差异导致土体表面各处的干燥速率也呈现出明显的差异,存在干燥-湿润界面,该界面会随着蒸发的持续不断从高温区向低温区移动。在整个干缩开裂过程中,应变和位移都表现的极不均匀,但大多会从高温区向低温区递减。高温区水分蒸发速率快,水分逸出多,因颗粒发生重排从而产生较大的应变量和收缩量。(5)数字图像相关技术能对干燥过程中土体表面的收缩变形及裂隙发育状态进行实时追踪,有效并且快速地获取土体表面的应变场和位移场信息,直观展示土体干缩开裂过程。数字图像相关技术作为一种高精度的非接触式监测手段,有着区别于传统土体变形测量方法的独特优势,为更好地研究土体干缩开裂的形成机制提供了一种有效的途径,极具推广价值。
其他文献
吸附法处理有机废气具有净化效率高、设备简易、吸附质可回收等特点,因此得到了广泛地研究和应用。吸附剂是吸附法的核心,良好的吸附剂除了具备较高的吸附容量和选择性外,还要易于再生。吸附树脂是一类具有立体网状结构、不溶于一般溶剂及酸、碱的高分子聚合物,其孔结构可调控,是吸附法处理VOCs的高效吸附剂,但是目前关于有机废气在不同孔结构吸附树脂上脱附再生的研究较少。本论文研究了VOCs在超高交联和大孔吸附树脂
学位
甲氧苄啶(trimethoprim,简称TMP)是一种合成广谱抗生素。因其高效性及低成本,近年来我国使用量迅速增加。但许多研究表明,TMP在治疗过程中不能被完全吸收,大约80%会以药物活性形式排出,随后进入各大环境介质中,如地表水、地下水和土壤。介质阻挡放电等离子体(Dielectric Barrier Discharge plasma,简称DBD)作为一种高级氧化技术(AOPs),结合了紫外光解
学位
溴代阻燃剂因可裂解溴自由基而成为性能优秀的阻燃产品,而传统溴代阻燃剂如五溴、八溴联苯醚(Brominated diphenyl ethers,BDE)和六溴环十二烷(Hexabromocyclododecane,HBCD)等被列为持久性污染物逐渐被淘汰,替代型溴代阻燃剂应运而生。其中,2,3,4,5-四溴苯甲酸2-乙基己酯(2-Ethylhexyl2,3,4,5-Tetrabromobenzoat
学位
空气污染问题已经成为世界性环境问题,带来巨大的健康风险。包括空气颗粒物和气相在内的空气全组分中的有机物污染物是造成潜在环境健康风险的重要因素。目前关于空气中有机污染物分布规律的研究大多集中于挥发或半挥发性污染物的传统靶向分析,而鲜有关于新型有机污染物在空气全组分中的分布报道。面对空气中存在的大量新型有机污染物,基于高分辨质谱(HRMS)数据的非靶向分析方法可以更有效的对其进行高通量筛查识别。现有的
学位
随着工业的迅速发展,锑(antimony,Sb)及其化合物在人类生产与生活的各个方面均得到了大量应用。我国是世界上锑矿资源最丰富的国家之一,共有114处锑矿,主要有湖南省锡矿山、广西南丹大厂矿、贵州晴隆矿等矿区。锑在生活中随处可见,但其所造成的健康风险却并没有引起广泛关注。食品是锑进入人体的最主要途径,包括饮水,膳食等。由于超过90%的PET塑料包装瓶合成过程中选用Sb2O3作催化剂,在高温等不良
学位
光催化技术具有反应条件温和、氧化性强、环境友好、适用领域广泛以及寿命长的优点,受到了研究者们的广泛关注。CuMoO4具有稳定的白钨矿结构和良好的可见光响应能力,逐渐被应用于光催化领域。本文选取CuMoO4作为研究对象,通过控制合成条件、引入表面活性剂以及与半导体复合的方式,旨在系统的研究其合成的依赖条件并提高CuMoO4的光催化活性。本文通过控制水热反应的温度和时间、表面活性剂的含量、半导体添加的
学位
随着水资源的大规模开发和水环境控制项目的不断发展,由此产生的疏浚淤泥量也在不断增加。疏浚淤泥具有黏粒含量高、力学性质极差且含有污染物的特点,如果不合理处置,将对生态环境造成极大的威胁。对疏浚淤泥进行资源化、无害化以及减量化处理与处置,一直是国内外学者关注的重点。为此,本文以水泥固化疏浚淤泥为研究对象,结合纤维加筋和生物炭改性技术,研究了各种改性方法及其耦合作用对固化疏浚淤泥力学特性的影响,对比分析
学位
长期高果糖摄入可引发代谢综合征,并伴随氧化应激而加剧肾小球损伤,影响肾功能。足细胞(Podocyte)与肾小球基底膜(GBM)和系膜细胞构成肾小球滤过屏障,承担肾小球的正常滤过功能。足细胞一旦结构完整性受损,引起蛋白滤出,形成蛋白尿。课题组前期研究发现,高果糖长期摄入引起肾脏氧化应激与足细胞损伤,但其中病理机制尚未完全阐明。研究已证实,果糖转运后经果糖激酶(KHK)代谢而产生氧化应激。缺氧诱导因子
学位
肿瘤是机体在多种致癌因素作用下局部组织出现异常增生而形成的新生物,其中恶性肿瘤更是严重危害着人类的生命健康。中医认为肿瘤的发生大多与正气内虚、感受邪毒、七情抑郁和饮食损伤等因素有关,肿瘤的基本病机是脏腑功能失调、气滞痰凝和瘀毒博结;而治疗肿瘤常以扶正固本、行气活血为原则。扶正中药的品种很多,其中主要代表药物包括人参、黄芪、西洋参、党参等,这些药物均有不同程度的抗疲劳、抗应激、增强或调节机体免疫力以
学位
随着移动互联网的发展,移动应用App越来越深入人们的生活,同时各种App也面临着激烈的市场竞争。精细化运营、精准用户定位、市场推广等都需要用户数据分析的支持。由于App每天产生的用户行为数据是海量的,传统的业务系统难以对这些用户行为数据进行有效的收集、存储、计算,App的开发者也无法掌握App的日活跃用户数、月活跃用户数、新增用户留存率等重要的App数据指标,从而无法对App下一步的运营、推广、发
学位