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用戶論文 | 顯微CT揭示巖石裂紋的分布規(guī)律
中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展離不開建筑行業(yè)的支撐，巖石作為一種典型的天然非均質(zhì)工程地質(zhì)材料，巖石的斷裂演化機制一直是巖石力學和工程領域的熱點問題。這段時間新冠肺炎疫情牽動著每個人的心，我們能夠飛速建設火神山和雷神山兩所醫(yī)院的背后，也離不開巖土工程領域科研工作者的辛苦工作，我們也期盼火神和雷神可以早日祛除疾病、驅趕瘟疫。
近年來，許多學者通過巖石/類巖石的實驗測試以及建模標本的數(shù)值模擬，對缺陷巖石的力學性能和斷裂演化行為進行了研究，并取得重大成果。與此同時，諸多專家學者對理解具有單一形態(tài)缺陷（如孔狀或裂縫狀缺陷）的真實巖石或類巖石材料的裂紋力學機理很感興趣。由于在實際工程應用中，巖石是一種復雜的材料，同時包括孔狀和裂縫狀缺陷的現(xiàn)象非常普遍，并且孔狀和裂縫狀缺陷之間的相互作用直接影響著巖石的不穩(wěn)定性和抗開裂性。
北京科技大學土木與資源工程學院的周喻等人開展了單軸壓縮下巖石材料中孔與裂隙相互作用的實驗和數(shù)值研究。通過科學實驗和數(shù)值單軸壓縮試驗研究了具有孔和裂縫的巖石試樣的力學行為和破壞機理，利用顯微CT技術對試樣進行了高分辨率的掃描測試，獲得試樣內(nèi)部的裂紋分布，同時通過DIC方法識別試樣表面的裂紋，從而進一步揭示失效試樣的內(nèi)部裂紋和表面裂紋之間的分布規(guī)律。
將顯微CT的掃描結果經(jīng)過軟件處理得到2D切片圖像和3D裂紋模型，可以清楚地觀察裂紋形狀、取向和大小和空間分布。結合DIC對表面裂紋的測試，結果表明：試樣表面裂紋的分布通常可以反映試樣內(nèi)部裂紋的分布信息。
CT掃描和DIC觀察獲得的極限破壞模式
（a–b）CT掃描的結果；（c）DIC觀察的結果
關于裂紋聚結類型和終破壞模式的研究，CT掃描結果與DIC觀察結果非常吻合?？梢栽趲r橋區(qū)域中識別出三種結合模式如下：
•T-T模式（拉伸-拉伸合并）：在上部和下部巖橋區(qū)域中合并拉伸裂縫。
•S-S模式（剪切-剪切合并）：剪切裂縫在上，下巖橋區(qū)域中合并。
•T-S模式（拉伸-剪切合并）：拉伸-剪切裂縫在上下巖橋區(qū)域合并。
不同缺陷巖樣的裂紋聚結類型圖
（一列表示極限破壞模式，二列表示水平位移場，三列表示合并模式的草圖）
T-T模式包括（a），（d）和（f）；S-S模式包括（c）；T-S模式包括（b）和（e）
高分辨率顯微CT掃描實現(xiàn)了試樣內(nèi)部的裂縫空間分布的三維可視化，揭示了失效巖樣內(nèi)部和表面之間的裂紋分布規(guī)律，是一種研究巖石/類巖石材料在各種載荷作用下破壞演化機理的具有潛力的有效方法，可將高分辨率CT成像技術應用于類似的科學研究中。
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