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邊坡泥化夾層漸進(jìn)損傷宏細(xì)觀機(jī)理研究 版權(quán)信息
- ISBN：9787030675224
- 條形碼：9787030675224 ; 978-7-03-067522-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
邊坡泥化夾層漸進(jìn)損傷宏細(xì)觀機(jī)理研究 內(nèi)容簡介
本書基于數(shù)字圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了泥化夾層宏細(xì)觀組構(gòu)特征的量化表征；提出了泥化夾層復(fù)雜多相結(jié)構(gòu)簡化方法，實(shí)現(xiàn)了微細(xì)觀結(jié)構(gòu)“多相→二相”的有效轉(zhuǎn)化，獲得了基于細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征的泥化夾層代表性體積單元；基于復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)理論，提出了基于有限元與離散元的泥化夾層細(xì)觀力學(xué)模型構(gòu)建方法；結(jié)合CT掃描、掃描電子顯微鏡、圖像處理等技術(shù)，揭示了復(fù)雜環(huán)境下泥化夾層宏細(xì)觀結(jié)構(gòu)漸進(jìn)損傷演化規(guī)律，闡明了泥化夾層宏細(xì)觀損傷的關(guān)聯(lián)機(jī)制，為露天礦山及邊坡工程的安全治理提供了一定的理論支撐。
邊坡泥化夾層漸進(jìn)損傷宏細(xì)觀機(jī)理研究 目錄
目錄
**章 緒論 1
1.1 問題的提出 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 巖土體微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 巖土體細(xì)觀力學(xué)研究現(xiàn)狀 5
1.2.3 巖土體宏細(xì)觀損傷的研究現(xiàn)狀 7
1.2.4 巖土體損傷力學(xué)研究現(xiàn)狀 9
1.3 存在的問題及解決辦法 11
1.4 本書主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線 12
1.4.1 主要研究內(nèi)容 12
1.4.2 技術(shù)路線 13
第二章 泥化夾層微細(xì)觀組構(gòu)量化表征方法 15
2.1 泥化夾層微細(xì)觀圖像采集 15
2.2 泥化夾層微細(xì)觀組構(gòu)特征的識別 16
2.2.1 圖像區(qū)域增強(qiáng)算法 17
2.2.2 圖像形態(tài)學(xué) 20
2.3 泥化夾層微細(xì)觀組構(gòu)特征的量化 25
2.4 工程實(shí)例 27
2.4.1 泥化夾層微細(xì)觀形貌的獲取 27
2.4.2 泥化夾層組構(gòu)參數(shù)量化分析 29
2.5 本章小結(jié) 35
第三章 基于結(jié)構(gòu)“聚類-融合-簡化”的泥化夾層細(xì)觀力學(xué)有限元模型 36
3.1 細(xì)觀結(jié)構(gòu)聚類融合 36
3.1.1 泥化夾層細(xì)觀組構(gòu)聚類 36
3.1.2 泥化夾層細(xì)觀組構(gòu)的重構(gòu)優(yōu)化 39
3.2 細(xì)觀結(jié)構(gòu)等效簡化方法 41
3.2.1 簡化原則的定義 41
3.2.2 組構(gòu)簡化 42
3.3 基質(zhì)體力學(xué)參數(shù)的獲取 43
3.3.1 變形模量的獲取 43
3.3.2 泊松比的計算方法 43
3.3.3 彈性模量的確定 43
3.4 細(xì)觀力學(xué)參數(shù)反分析 44
3.4.1 Mori-Tanaka方法 44
3.4.2 復(fù)合材料有效彈模的推導(dǎo) 45
3.4.3 泥化夾層有效彈模、泊松比的反算 46
3.5 工程實(shí)例 47
3.5.1 泥化夾層細(xì)觀參數(shù)的獲取 47
3.5.2 紅層泥化夾層破壞準(zhǔn)則的選取 50
3.5.3 泥化夾層細(xì)觀力學(xué)模型的構(gòu)建 51
3.5.4 泥化夾層峰值壓縮強(qiáng)度 52
3.5.5 泥化夾層峰值剪切強(qiáng)度 54
3.6 本章小結(jié) 54
第四章 基于離散元的泥化夾層細(xì)觀力學(xué)模型 56
4.1 基于結(jié)構(gòu)簡化的泥化夾層顆粒流初始模型 56
4.1.1 基于顆粒流的泥化夾層本構(gòu)模型 56
4.1.2 顆粒集合的生成 57
4.1.3 初始參數(shù)的選取 58
4.1.4 伺服機(jī)制及試樣固結(jié) 58
4.1.5 泥化夾層細(xì)觀參數(shù)敏感性分析 59
4.2 基于散斑儀的泥化夾層細(xì)觀力學(xué)參數(shù)標(biāo)定試驗(yàn) 60
4.2.1 泥化夾層破壞準(zhǔn)則 60
4.2.2 泥化夾層室內(nèi)單軸壓縮試驗(yàn) 61
4.3 泥化夾層細(xì)觀力學(xué)參數(shù)標(biāo)定 63
4.3.1 顆粒剛度的確定 64
4.3.2 顆粒間摩擦系數(shù)及接觸黏結(jié)強(qiáng)度的確定 65
4.3.3 加載速率的確定 65
4.4 工程實(shí)例 65
4.4.1 泥化夾層顆粒流數(shù)值模型的建立 65
4.4.2 泥化夾層數(shù)值模型驗(yàn)證 66
4.4.3 泥化夾層峰殘強(qiáng)度特征值評價 67
4.4.4 應(yīng)變軟化過程中塑性變形機(jī)制分析 68
4.5 本章小結(jié) 69
第五章 泥化夾層宏細(xì)觀損傷特征量化表征方法 70
5.1 泥化夾層表層宏觀裂隙損傷識別量化方法 70
5.1.1 宏觀損傷圖像處理 70
5.1.2 裂隙橋接與雜點(diǎn)去除 72
5.1.3 裂隙特征提取 73
5.1.4 裂隙的量化 75
5.2 泥化夾層表層細(xì)觀孔隙損傷識別量化方法 76
5.2.1 原位微孔隙損傷圖像的獲取 76
5.2.2 表層微孔隙損傷的識別量化 76
5.3 泥化夾層內(nèi)部細(xì)觀損傷動態(tài)識別方法 77
5.3.1 CT掃描技術(shù) 77
5.3.2 泥化夾層內(nèi)部損傷識別 78
5.4 本章小結(jié) 79
第六章 泥化夾層損傷與宏觀力學(xué)行為關(guān)聯(lián)研究 80
6.1 三向受力下泥化夾層內(nèi)部損傷動態(tài)演化識別 80
6.1.1 取樣點(diǎn)工程地質(zhì)特征 80
6.1.2 泥化夾層CT-三軸剪切試驗(yàn) 81
6.1.3 三向受力下泥化夾層內(nèi)部損傷過程 82
6.2 三向受力下泥化夾層損傷演化方程 85
6.2.1 應(yīng)變等價原理 85
6.2.2 泥化夾層損傷變量的定義與提取 87
6.2.3 泥化夾層損傷演化方程 88
6.3 干濕循環(huán)下泥化夾層宏細(xì)觀損傷量化表征 90
6.3.1 干濕循環(huán)試驗(yàn)方案 90
6.3.2 干濕循環(huán)下泥化夾層宏細(xì)觀損傷參數(shù) 91
6.4 干濕循環(huán)下泥化夾層宏細(xì)觀損傷關(guān)聯(lián)機(jī)制 94
6.4.1 宏細(xì)觀損傷的關(guān)系 94
6.4.2 宏細(xì)觀損傷與力學(xué)特性的關(guān)聯(lián) 97
6.5 本章小結(jié) 98
參考文獻(xiàn) 100
**章 緒論 1
1.1 問題的提出 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 巖土體微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 巖土體細(xì)觀力學(xué)研究現(xiàn)狀 5
1.2.3 巖土體宏細(xì)觀損傷的研究現(xiàn)狀 7
1.2.4 巖土體損傷力學(xué)研究現(xiàn)狀 9
1.3 存在的問題及解決辦法 11
1.4 本書主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線 12
1.4.1 主要研究內(nèi)容 12
1.4.2 技術(shù)路線 13
第二章 泥化夾層微細(xì)觀組構(gòu)量化表征方法 15
2.1 泥化夾層微細(xì)觀圖像采集 15
2.2 泥化夾層微細(xì)觀組構(gòu)特征的識別 16
2.2.1 圖像區(qū)域增強(qiáng)算法 17
2.2.2 圖像形態(tài)學(xué) 20
2.3 泥化夾層微細(xì)觀組構(gòu)特征的量化 25
2.4 工程實(shí)例 27
2.4.1 泥化夾層微細(xì)觀形貌的獲取 27
2.4.2 泥化夾層組構(gòu)參數(shù)量化分析 29
2.5 本章小結(jié) 35
第三章 基于結(jié)構(gòu)“聚類-融合-簡化”的泥化夾層細(xì)觀力學(xué)有限元模型 36
3.1 細(xì)觀結(jié)構(gòu)聚類融合 36
3.1.1 泥化夾層細(xì)觀組構(gòu)聚類 36
3.1.2 泥化夾層細(xì)觀組構(gòu)的重構(gòu)優(yōu)化 39
3.2 細(xì)觀結(jié)構(gòu)等效簡化方法 41
3.2.1 簡化原則的定義 41
3.2.2 組構(gòu)簡化 42
3.3 基質(zhì)體力學(xué)參數(shù)的獲取 43
3.3.1 變形模量的獲取 43
3.3.2 泊松比的計算方法 43
3.3.3 彈性模量的確定 43
3.4 細(xì)觀力學(xué)參數(shù)反分析 44
3.4.1 Mori-Tanaka方法 44
3.4.2 復(fù)合材料有效彈模的推導(dǎo) 45
3.4.3 泥化夾層有效彈模、泊松比的反算 46
3.5 工程實(shí)例 47
3.5.1 泥化夾層細(xì)觀參數(shù)的獲取 47
3.5.2 紅層泥化夾層破壞準(zhǔn)則的選取 50
3.5.3 泥化夾層細(xì)觀力學(xué)模型的構(gòu)建 51
3.5.4 泥化夾層峰值壓縮強(qiáng)度 52
3.5.5 泥化夾層峰值剪切強(qiáng)度 54
3.6 本章小結(jié) 54
第四章 基于離散元的泥化夾層細(xì)觀力學(xué)模型 56
4.1 基于結(jié)構(gòu)簡化的泥化夾層顆粒流初始模型 56
4.1.1 基于顆粒流的泥化夾層本構(gòu)模型 56
4.1.2 顆粒集合的生成 57
4.1.3 初始參數(shù)的選取 58
4.1.4 伺服機(jī)制及試樣固結(jié) 58
4.1.5 泥化夾層細(xì)觀參數(shù)敏感性分析 59
4.2 基于散斑儀的泥化夾層細(xì)觀力學(xué)參數(shù)標(biāo)定試驗(yàn) 60
4.2.1 泥化夾層破壞準(zhǔn)則 60
4.2.2 泥化夾層室內(nèi)單軸壓縮試驗(yàn) 61
4.3 泥化夾層細(xì)觀力學(xué)參數(shù)標(biāo)定 63
4.3.1 顆粒剛度的確定 64
4.3.2 顆粒間摩擦系數(shù)及接觸黏結(jié)強(qiáng)度的確定 65
4.3.3 加載速率的確定 65
4.4 工程實(shí)例 65
4.4.1 泥化夾層顆粒流數(shù)值模型的建立 65
4.4.2 泥化夾層數(shù)值模型驗(yàn)證 66
4.4.3 泥化夾層峰殘強(qiáng)度特征值評價 67
4.4.4 應(yīng)變軟化過程中塑性變形機(jī)制分析 68
4.5 本章小結(jié) 69
第五章 泥化夾層宏細(xì)觀損傷特征量化表征方法 70
5.1 泥化夾層表層宏觀裂隙損傷識別量化方法 70
5.1.1 宏觀損傷圖像處理 70
5.1.2 裂隙橋接與雜點(diǎn)去除 72
5.1.3 裂隙特征提取 73
5.1.4 裂隙的量化 75
5.2 泥化夾層表層細(xì)觀孔隙損傷識別量化方法 76
5.2.1 原位微孔隙損傷圖像的獲取 76
5.2.2 表層微孔隙損傷的識別量化 76
5.3 泥化夾層內(nèi)部細(xì)觀損傷動態(tài)識別方法 77
5.3.1 CT掃描技術(shù) 77
5.3.2 泥化夾層內(nèi)部損傷識別 78
5.4 本章小結(jié) 79
第六章 泥化夾層損傷與宏觀力學(xué)行為關(guān)聯(lián)研究 80
6.1 三向受力下泥化夾層內(nèi)部損傷動態(tài)演化識別 80
6.1.1 取樣點(diǎn)工程地質(zhì)特征 80
6.1.2 泥化夾層CT-三軸剪切試驗(yàn) 81
6.1.3 三向受力下泥化夾層內(nèi)部損傷過程 82
6.2 三向受力下泥化夾層損傷演化方程 85
6.2.1 應(yīng)變等價原理 85
6.2.2 泥化夾層損傷變量的定義與提取 87
6.2.3 泥化夾層損傷演化方程 88
6.3 干濕循環(huán)下泥化夾層宏細(xì)觀損傷量化表征 90
6.3.1 干濕循環(huán)試驗(yàn)方案 90
6.3.2 干濕循環(huán)下泥化夾層宏細(xì)觀損傷參數(shù) 91
6.4 干濕循環(huán)下泥化夾層宏細(xì)觀損傷關(guān)聯(lián)機(jī)制 94
6.4.1 宏細(xì)觀損傷的關(guān)系 94
6.4.2 宏細(xì)觀損傷與力學(xué)特性的關(guān)聯(lián) 97
6.5 本章小結(jié) 98
參考文獻(xiàn) 100
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邊坡泥化夾層漸進(jìn)損傷宏細(xì)觀機(jī)理研究 節(jié)選
**章 緒論 1.1 問題的提出 隨著國家“一帶一路”倡議和新一輪西部大開發(fā)、“脫貧攻堅”等戰(zhàn)略規(guī)劃的實(shí)施，我國中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迎來了前所未有的契機(jī)與挑戰(zhàn)，同時也對交通與建筑基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提出了更高的要求。我國中西部地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，其中滑坡是*為常見的一種地質(zhì)災(zāi)害(表1-1)，僅川渝地區(qū)近10年來發(fā)生的滑坡災(zāi)害就高達(dá)上萬處。據(jù)國家統(tǒng)計局資料顯示，2011～2020年，我國共發(fā)生70647處滑坡災(zāi)害，約占全國地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的70%(中國統(tǒng)計年鑒 )，并且滑坡往往伴隨著人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計，我國平均每年發(fā)生滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害20000余起、傷亡1000余人、受災(zāi)人口90多萬，直接經(jīng)濟(jì)損失20億～60億元(桑凱，2013)。 表1-1 我國部分地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計 結(jié)合既有滑坡的現(xiàn)場事故原因調(diào)查及滑坡治理資料分析(鄭立寧，2012；黃潤秋，2007)，軟弱夾層的存在是邊坡失穩(wěn)事故的重要誘因，國內(nèi)外大多滑坡事故的發(fā)生均直接或間接與軟弱夾層有關(guān)。泥化夾層是一種典型的軟弱夾層，其力學(xué)強(qiáng)度低、易發(fā)生軟化，直接控制著邊坡巖體的穩(wěn)定性(陸兆溱，1989)。泥化夾層具有厚度較薄、區(qū)域差異性顯著的特點(diǎn)，導(dǎo)致現(xiàn)有的泥化夾層分類評價體系和力學(xué)性能研究成果難以直接服務(wù)于工程實(shí)際。因此，如何有效確定泥化夾層的力學(xué)性能成為困擾科研技術(shù)人員的難題。 巖土體的宏觀變形破壞均可認(rèn)為是由微細(xì)觀結(jié)構(gòu)變形的積累與擴(kuò)展形成(洪寶寧，2010)，研究巖土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的特征及其變形演化規(guī)律，可對巖土工程的眾多問題給予科學(xué)合理的解釋，并提出相應(yīng)的解決方案。因此，從微細(xì)觀出發(fā)，揭示泥化夾層宏細(xì)觀漸進(jìn)損傷動態(tài)演化規(guī)律和機(jī)理，可以準(zhǔn)確地評價邊坡穩(wěn)定性，有助于采取更優(yōu)化、有效的邊坡加固方法，對保障人民的生命和財產(chǎn)安全具有重要意義。 鑒于此，本書從泥化夾層微細(xì)觀組構(gòu)形態(tài)出發(fā)，構(gòu)建了以“結(jié)構(gòu)量化→相似聚類→圖像融合→代表性體積單元→結(jié)構(gòu)簡化→細(xì)觀力學(xué)模型”為流程的泥化夾層細(xì)觀結(jié)構(gòu)力學(xué)研究體系。首先，基于數(shù)字圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了泥化夾層微細(xì)觀組構(gòu)識別與量化表征；其次，利用圖像相似聚類和融合重構(gòu)技術(shù)，構(gòu)建了泥化夾層的細(xì)觀組構(gòu)代表性單元模型；然后，通過構(gòu)建泥化夾層細(xì)觀力學(xué)模型，闡釋了泥化夾層宏觀漸進(jìn)破壞過程的微細(xì)觀力學(xué)機(jī)理；*后，剖析了泥化夾層宏細(xì)觀損傷參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系，探究了干濕循環(huán)和三向受力下泥化夾層漸進(jìn)損傷機(jī)理。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 巖土體微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究現(xiàn)狀 從本質(zhì)上講，巖土體是不同結(jié)構(gòu)單元體間綜合作用形成的共同體，其力學(xué)特性主要受單元體微結(jié)構(gòu)變化的影響。早在20世紀(jì)末，我國的著名巖土領(lǐng)域?qū)＜疑蛑榻菏考磳⑼恋慕Y(jié)構(gòu)性研究視為未來土力學(xué)的研究核心(沈珠江，1996)。巖土體微結(jié)構(gòu)的研究歷程主要表現(xiàn)為：20世紀(jì)前、中期，主要集中在巖土體的結(jié)構(gòu)模型定性方面；隨著研究手段的進(jìn)步，20世紀(jì)末到21世紀(jì)初，巖土體微結(jié)構(gòu)的研究逐漸由定性向定量方向過渡，并取得了較為豐富的研究成果(方慶軍和洪寶寧，2014)。 現(xiàn)階段，巖土體微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量研究主要集中在結(jié)構(gòu)參數(shù)類型與量化方法兩個方面。 1.巖土體微觀結(jié)構(gòu)參數(shù) 學(xué)者們一般認(rèn)為土的結(jié)構(gòu)是指土粒本身的形狀大小、土粒在空間中的排列形式、孔隙分布狀況、粒間接觸方式及粒間聯(lián)結(jié)特征等諸多參數(shù)的總和(胡瑞林，1995)。施斌(1996a、b)主要從兩個方面定義了相關(guān)參數(shù)：形態(tài)學(xué)特征參數(shù)及幾何學(xué)特征參數(shù)。 1)形態(tài)學(xué)特征參數(shù) 巖土體形態(tài)學(xué)特征參數(shù)主要為描述巖土體組構(gòu)單元的自身形態(tài)參數(shù)，主要包括豐度、圓度、分形維數(shù)、大小等。 顆粒單元體豐度反映研究對象在二維平面內(nèi)的顆粒飽滿特征，可分為顆粒單元豐度與孔隙單元豐度。牛岑岑等(2011)利用結(jié)構(gòu)單元體豐度和孔隙豐度對吹填土特性進(jìn)行了研究；王靜(2012)利用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)技術(shù)統(tǒng)計分析出了土體單元豐度隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律；王清等(2013)對天津?yàn)I海新區(qū)吹填土的孔隙與結(jié)構(gòu)單元豐度進(jìn)行了研究；何偉朝(2013)對凍融循環(huán)作用下土體單元平均豐度與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系進(jìn)行了研究；卓麗春(2014)利用Image Pro Plus(IPP)圖像處理軟件得到了網(wǎng)紋紅土的豐度等微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。 圓度表示顆粒(孔隙)的圓形程度，表達(dá)式為 ， 為周長，A為面積，當(dāng)R為1時表示該顆粒或孔隙的區(qū)域?yàn)橐粋標(biāo)準(zhǔn)圓形。方祥位等（2013）采用掃描電子顯微鏡量化了Q2和Q3黃土的圓度，研究結(jié)果表明古土壤層顆粒圓度明顯優(yōu)于上部黃土層；張斌等（2020）人工選擇了不同圓度的珊瑚質(zhì)土，探究了顆粒形狀對鈣質(zhì)粗粒土壓縮性能的影響。 分形維數(shù)用以量化結(jié)構(gòu)單元體的不規(guī)則分布程度，分形維數(shù)越大，說明該顆粒或孔隙的輪廓線條越復(fù)雜。Moore和Donaldson(1995) 通過分形理論對土體的分形維數(shù)進(jìn)行了量化；隨后，我國學(xué)者李向全等(2000)應(yīng)用分形幾何理論對土的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了量化。 大小是巖土體*為直觀的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包含直徑、面積、周長等諸多參數(shù)，是影響巖土體結(jié)構(gòu)排列方式的重要參數(shù)之一。吳義祥(1991)研制了一套黏土體微結(jié)構(gòu)特征定量研究系統(tǒng)，并對寧波黏土的顆粒大小參數(shù)進(jìn)行了量化；施斌等(1996a、b)對黏性土顆粒結(jié)構(gòu)大小特性進(jìn)行了定量評價，獲得了黏土體孔隙性、形狀等諸多定量指標(biāo)。 2)幾何學(xué)特征參數(shù) 巖土體幾何學(xué)特征參數(shù)即顆粒排列的定向性，巖土體顆粒的定向性是巖土體材料力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性的直接原因。王寶軍(2009)基于標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法繪制了土顆粒定向玫瑰圖，并分析了土體顆粒的主定向角；王清等(2001)研究了巖土體的定向角與力學(xué)行為的關(guān)聯(lián)機(jī)制，并對其在工程中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。Martin和Ladd(1975)提出以定向頻率描述顆粒單元體在某一方向的分布頻數(shù)；隨后，McConnachie(1974)利用定向頻率分別對高嶺土和壓實(shí)實(shí)驗(yàn)土的定向性進(jìn)行了研究；Bai和Smart(1997)對黏土排列的定向性進(jìn)行了定量分析；李文平等(2006)利用SEM技術(shù)對不同固結(jié)壓力下黏土的孔隙定向頻率進(jìn)行了分析。 2.微細(xì)觀結(jié)構(gòu)量化方法 目前常見的巖土體微細(xì)觀結(jié)構(gòu)量化方法有：篩分法(袁倫，2010；Mora et al.， 1998)、沉降法(韓立發(fā)和劉亞云，2004；庫建剛等，2015；Konert and Vandenberghe， 1997)、激光粒度分析法(游波等，2012；田岳明等，2006；程鵬等，2001)、壓汞法(周暉，2013；田華等，2012；Thom et al.， 2007；Gasc-Barcbier and Tessier， 2007；陳悅和李東旭，2006；Simms and Yanful， 2004；呂海波等，2003)、氣體吸附法(楊峰等，2013；萇珊珊等，2011；巨文軍等，2009；胡容澤，1982)及數(shù)字圖像處理法(王一兆，2014；施斌，1996a、b)。隨著光電測量技術(shù)和計算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理方法因其自動化程度高、處理高效等優(yōu)點(diǎn)已成為目前巖土體微細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)量化的主要方法。 數(shù)字圖像處理(digital image processing)技術(shù)是一種通過數(shù)字化的圖像采集設(shè)備得到土體微細(xì)觀圖像后，對圖像所包含的結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行綜合分析處理，從而準(zhǔn)確、快速獲取土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法。Gillott(1969)利用SEM結(jié)合圖像處理技術(shù)對黏土細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究；Tovey(1973)結(jié)合電子顯微鏡及圖像處理技術(shù)對土體微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了量化分析；Howarth和Rowlands(1987)建立了量化巖石顆粒微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法；Ogilvie 和 Glover(2001)對砂巖的微結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行計算，得到了砂巖的孔隙率和滲透率；Tovey 和Dadey(2002)將SEM技術(shù)與強(qiáng)度梯度法相結(jié)合，對海洋沉積物顆粒的定向度進(jìn)行了分析；Aly等(2011)對比了多種圖像分割技術(shù)，指出閾值分割法能夠在消除噪聲的同時尋找出潛在的邊緣像素；Borsic等(2005)和Comina等(2008)采用電阻抗斷層成像技術(shù)(electrical impedance tomography，EIT)和圖像處理技術(shù)對土體的微結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行了研究。 我國學(xué)者施斌等(1995)在圖像采集與處理相結(jié)合的圖像分析系統(tǒng)上，定量化研究了國內(nèi)不同區(qū)域黏土體的微結(jié)構(gòu)形態(tài)，獲得了諸多黏土微結(jié)構(gòu)的參數(shù)信息，為后續(xù)相關(guān)土體結(jié)構(gòu)的量化評價提供了一定的指導(dǎo)；張小平和施斌(2007)利用掃描電鏡對石灰膨脹土團(tuán)聚體微結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行了分析和研究；曹亮等(2012)對蘇州軟土微觀尺度結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了對比研究，得到了原狀土的微觀結(jié)構(gòu)類型、顆粒排列定向特征、顆粒偏心度、定向概率熵等量化指標(biāo)；劉珊(2014)利用SEM技術(shù)對重塑黏土未固結(jié)時進(jìn)行了分析，確定了其孔隙率、形狀系數(shù)、扁平度、概率熵、分形維數(shù)等。 綜上所述，當(dāng)今的巖土體微觀結(jié)構(gòu)研究已由早期的定性描述進(jìn)入定量研究階段，在土體微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)方面提出了圓度、豐度、分形維數(shù)、定向度等的形態(tài)學(xué)、幾何學(xué)特征參數(shù)。在量化方法方面，數(shù)字圖像處理方法已成為目前巖土體微觀組構(gòu)參數(shù)量化的主要方法，但其受限于原始圖像質(zhì)量與后續(xù)處理精度，仍存在圖像重構(gòu)模式不完善及邊緣提取不完整、不連續(xù)等問題。因此，開發(fā)更為精準(zhǔn)、快速的特征提取算法，并建立一套完整、準(zhǔn)確、合理的巖土體微結(jié)構(gòu)量化及分析系統(tǒng)是今后巖土體微結(jié)構(gòu)研究的必然趨勢。 1.2.2 巖土體細(xì)觀力學(xué)研究現(xiàn)狀 1.顆粒流數(shù)值仿真在巖土體中的應(yīng)用 離散元法(distinct element method) 是在Cundall和Strack(1979)粒狀材料的接觸模型基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種用于研究散粒狀材料宏細(xì)觀力學(xué)行為的數(shù)值仿真方法，而顆粒流程序(particle flow code，PFC)是由美國Itasca公司開發(fā)的一款從屬離散元范疇的分析計算軟件。 顆粒流程序建立在以下基本假設(shè)條件之上：顆粒自身為剛性體；顆粒之間的接觸方式為點(diǎn)接觸；允許顆粒在接觸點(diǎn)處發(fā)生一定的重疊，重疊量的大小與力-位移接觸定律中接觸力的大小有關(guān)；約束存在于顆粒之間的接觸處，可以表示顆粒之間的連接強(qiáng)度；顆粒為圓盤形或者球形，通過顆粒的組合可以形成任意形狀。 國外學(xué)者基于離散元法對巖土體材料的細(xì)觀破損機(jī)理開展了豐富的研究工作。Chang等(1989)、Iwashita 和 Oda(1998)運(yùn)用離散元的方法模擬了砂土剪切帶的形成；Anandarajah(1994，2000a，2000b)等運(yùn)用了離散元法得到了黏性土的力學(xué)特性和顆粒定向性的各向異性特點(diǎn)；Bock等(2006)利用顆粒流程序建立了一個由絮狀結(jié)構(gòu)土顆粒、顆粒周圍結(jié)合水、孔隙中自由水等構(gòu)成的新模型，并取得了較好的效果。 近年來，國內(nèi)學(xué)者在吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，結(jié)合自身的創(chuàng)造性，在工程巖土體細(xì)觀數(shù)值模擬方面取得了較為豐碩的成果。周健等(2009a，2004，2002)引入不同的顆粒接觸連接模型，分別對砂土和黏性土的室內(nèi)平面應(yīng)變試驗(yàn)及其剪切帶的形成和發(fā)展進(jìn)行了離散元數(shù)值模擬，并與室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果對比，得到了較高的吻合度；廖雄華等(2002)針對黏性土進(jìn)行了室內(nèi)平面應(yīng)變試驗(yàn)的模擬，也驗(yàn)證了顆粒流方法能較好地模擬室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果；李偉(2008)利用PFC中的塊單元模擬了黏性土的片狀和塊狀微觀結(jié)構(gòu)，得到了黏性土基本力學(xué)行為的微觀機(jī)理；高彥斌等(2009)建立了反映黏性土微觀特征的數(shù)值模型，并重點(diǎn)針對黏性土的各向異性特征進(jìn)行了數(shù)值模擬；周健等(2009b)采用離散元法成功模擬了邊坡變形破壞的力學(xué)行為，研究結(jié)果表明隨著顆粒黏性的增大，邊坡逐漸由塑性破壞向脆性破壞過渡；陳建峰等(2010)利用顆粒流程序?qū)?/p>
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