基于X-rayCT的古土壤孔裂隙识别与表征

[目的]对古土壤内部孔隙裂隙结构的形态、类型、孔径分布进行精确表征,为斜坡中古土壤水力学性质的研究提供重要依据。[方法]利用X-ray CT对泾阳南塬S5古土壤原状试样进行扫描,利用VG studio Max和AVIZO三维可视化软件,经过滤波处理、阈值分割、三维重建得到了三维可视化数字古土壤模型,计算了二三维孔隙度,基于形状因子提取了古土壤中孔隙和裂隙并进行分类,提出了各类空隙的孔径表征算法。[结果](1)古土壤中孔裂隙并存,在空间上具有显著的垂向性和空间异质性,在空间形态上可由形状因子(SF)区分为裂隙(SF>40.18)、枝杈状孔隙(7.01<SF≤40.18)、长柱状孔隙(2.0<SF≤7.01)、椭球状孔隙(1<SF≤2)和球状孔隙(SF≤1);(2)大孔隙度(等效直径大于100μm)为9.86%,占总孔隙度(41.18%)的23.94%,表明古土壤中以等效直径为100μm以下的孔裂隙为主;(3)孔径分布在0.1～5mm之间,以0.1～0.7 mm为主,而体积贡献率上以0.7～1.0 mm为主,裂隙最大开度5.1 mm。[结论]古土壤是一种以中小微孔隙为主,(特)大孔隙和(微)裂隙伴生的双重介质土体,X-ray CT和三维可视化重建技术为古土壤孔裂隙识别和表征提供了一种有效的途径。

排水沥青道路路面施工技术分析

为优化沥青道路的耐久性和排水性,通过X-rayCT技术和CAVF法优化了OGFC-13的配合比,对比分析了常规SBS沥青与高黏度沥青黏温特性,并研究了碾压方式对OGFC路面的影响,研究结果表明:控制好沥青用量同时加入纤维稳定剂有利于混合料中多余沥青的扩散和吸收,能够使大孔隙沥青混合料的耐热性和耐久性大幅提升;高黏度沥青在高温下(超过120℃)的黏度远远大于SBS改性沥青;通过黏温特性试验,给出了OGFC排水路面施工过程中各环节的推荐温度控制范围;正常温度下OGFC-13路面压实度经过3遍碾压后即可达到标准,同时碾压遍数不宜过高,应控制在5遍以下,碾压方式应选择双钢轮静压组合。

基于微米焦点CT技术的煤岩数字岩石物理分析方法--以沁水盆地伯方3号煤为例

数字岩石物理技术既可实现煤体孔隙的三维空间表征及重构,又可模拟孔裂隙系统中流体的流动和绝对渗透率的计算。以伯方矿3号煤层为研究对象,基于微米焦点CT扫描与图像处理技术相结合,建立了真实的三维数字岩心模型;应用MATLAB编程及AVIZO软件内含的多种形态学算法,进行了数字岩心孔隙结构量化和表征,建立了等价孔隙网络模型;将AVIZO与COMSOL完美对接,实现了孔隙尺度的渗流模拟、绝对渗透率计算,并探讨了流体运移过程中的压力场及速度场的分布。研究方法丰富了现有数字岩石物理研究手段,为微观尺度上的煤体孔隙结构及流体运移研究提供了一种新的途径。

泥页岩储集空间微观非均质性定量评价

泥页岩储层空间非均质性直接影响到页岩油气的赋存方式、富集能力,甚至流动方式,是页岩油气储层评价的重要内容之一.针对渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷泥页岩样品,利用X-ray CT三维重构、切割技术建立大量数字岩心模型,定性-定量评价泥页岩储集空间孔裂-隙发育特征(形态、大小、孔隙度、比表面积等),研究储集空间微观非均质性.结果表明:(1)不同储集空间发育不同的孔隙类型,具有不同的非均质性;(2)孔隙、裂隙发育的页岩(样品Y556),具有最强的微观非均质性,而对于孔隙发育的页岩(样品F41),微观非均质性最弱;(3)随储集空间非均性的增强,孔隙表面积与孔隙度的线性关系和分层性越来越弱,及至消失.

盐化物高黏沥青混合料基本性能研究

为评价盐化物沥青混合料在使用过程中宏观力学性能及空隙率的变化情况,重点采用马歇尔稳定度、流值、空隙率等指标,结合X-RayCT计算机断层扫描技术,研究不同水浴温度、时间的盐化物改性沥青混合料物理力学特性及内部结构的变化情况。研究结果表明:相同盐化物(MFL)掺量时,马歇尔稳定度值呈降低趋势,空隙率随着水浴时间的增加呈增大趋势,流值大致呈现增大趋势,盐分析出量呈增大趋势。随着水浴时间的增长,马歇尔试件的各主要物理力学指标均呈现先快速变化而后变化趋于缓慢的趋势;相同浸水时间时,随着盐化物掺量的增加,试件空隙率呈增大趋势,稳定度呈降低趋势,盐分析出量呈增大趋势,而流值变化不明显;基于CT断层扫描法,随着水浴时间的增长,总体上试件的面空隙率呈现增大的趋势;在同一水浴时间,试件沿厚度方向的面空隙率基本保持一致,这与试验时试件完全浸没于水中有关;CT断层扫描法可较好地反映盐化物沥青混合料内部空隙率分布状况。

CTvox视图软件在沥青混合料试件细观结构上的应用

为了更直观了解沥青混凝土内部结构特性,多层次多角度分析沥青混合料各组分细观结构,对各类沥青混合料性能提升试验提供可视化图形分析。以浇筑式岩改沥青混合料为研究模板,针对其细观结构与试验性能的相关问题进行研究。建立了基于X射线CT成像技术、CTvox视图软件的沥青混合料细观三维组分离、染色、重建成像的研究方法,得到分离及组分染色的三维图像,能够真实反映沥青混合料结构特点,观察其内部各组分分布和形态结构。

基于CT技术和有限元方法的沥青混合料虚拟劈裂试验研究

为弄清劈裂荷载条件下,沥青混合料试件内部的应力分布状态,基于X-ray CT技术、数字图像处理技术和有限元方法建立二维非均质数值模型,分析通过试件中心的垂直方向与水平方向路径条件下不同位置截面的内部应力分布情况,并与均质模型内部应力进行比较.结果表明,与均质模型不同,不同位置截面的非均质模型内部应力峰值没有出现在模型中心处,而是分布在试件中部呈现多峰值状态且较好地反应各个组分的力学行为;在分析路径上,不同位置截面的非均质模型应力分布趋势相同,但应力峰值出现的位置以及应力最大值均存在差异,说明试验截面的选取对二维虚拟试验结果影响较大.

测量标距对沥青混合料动态模量的影响

为更准确探明不同测量标距对沥青混合料动态模量的影响机制,选用国内常用的3种沥青混合料,采用国际上通用的2种不同测量标距,进行2个不同温度和3个不同频率下的间接拉伸动态模量测试,考虑到细观空隙分布与受荷条件下混合料的动态模量值密切相关,利用X-ray CT技术分析混合料内部空隙分布特征,测试结果表明采用较大的测量标距可以有效提高试验的精密度,减小动态模量的离散程度和变异性,不同测量标距范围内混合料的空隙变异情况与动态模量变异情况类似,该方法从细观尺度合理解释了不同测量标距条件下混合料动态模量差异机理,为今后进一步研究提供有益参考。