鈣質(zhì)砂CT掃描報告課件

0基于 CT掃描的鈣質(zhì)砂顆粒破碎研究匯報人：汪軼群

2014/1/70基于 CT掃描的鈣質(zhì)砂顆粒破碎研究匯報人：汪軼群1

鈣質(zhì)砂（CalcareousSand）：是指富含碳酸鈣或其他難溶碳酸鹽類物質(zhì)的特殊介質(zhì)，是海洋沉積物中的一種。1.1Definition1.2Distribution

我國南海諸島、紅海、澳大利亞西部大陸架和巴斯海峽。1.3Constitute鈣質(zhì)砂的沉積主要來自：（1）鈣質(zhì)生物骨架，如珊瑚礁、貝殼等的破碎、搬運和沉積物；（2）碎屑物，如古老灰?guī)r的破碎、搬運和沉積物；（3）水中的碳酸鹽類物質(zhì)因溫度、壓力等發(fā)生變化而在溶液中沉積。一、概述1鈣質(zhì)砂（CalcareousSand）：是指21.4Charicteristics鈣質(zhì)砂與普通的石英砂相比有如下特征：1.物理性質(zhì)（1）內(nèi)孔隙；（2）高孔隙比；（鈣質(zhì)砂0.7-2.5，石英砂0.4-0.9）（3）高Caco3含量；（鈣質(zhì)砂＞80%)

2.力學(xué)性質(zhì)：（1）高內(nèi)摩擦角；（2）高壓縮性；（3）顆粒破碎。21.4Charicteristics鈣質(zhì)砂與普通的石英砂3晉卿島鈣質(zhì)砂1.5電鏡掃描3晉卿島鈣質(zhì)砂1.5電鏡掃描41mm500μm永暑礁鈣質(zhì)砂41mm500μm永暑礁鈣質(zhì)砂5200μm50μm永暑礁鈣質(zhì)砂5200μm50μm永暑礁鈣質(zhì)砂6（1）2mm以上鈣質(zhì)砂顆粒的斷面孔隙度比1～2mm顆粒大，鈣質(zhì)砂顆粒內(nèi)孔隙中小孔隙數(shù)量多，而大孔隙少，所占空間則更大。（2）對于1mm以上的鈣質(zhì)砂，縫隙狀內(nèi)孔隙含量極低，等軸或不等軸孔隙占絕大部分，其中，等軸內(nèi)孔隙均占到總孔隙數(shù)量的55%以上。（3）如何全面地對鈣質(zhì)砂的內(nèi)孔隙大小、形狀等進行分析研究，建立其與鈣質(zhì)砂顆粒破碎之間的關(guān)系，從定性到定量解釋鈣質(zhì)砂所表現(xiàn)出來的宏觀力學(xué)性質(zhì)等，尚需進一步研究。1.5內(nèi)孔隙特征6（1）2mm以上鈣質(zhì)砂顆粒的斷面孔隙度比1～2mm顆粒大，7二、顆粒破碎研究現(xiàn)狀及進展經(jīng)典土力學(xué)：土顆粒不可壓縮和破碎，變形是由于土體孔隙氣水的排出和土體顆粒的重組。實際上：土體顆粒在受到于起自身強度的應(yīng)力下會發(fā)生整體或部分破碎。7二、顆粒破碎研究現(xiàn)狀及進展經(jīng)典土力學(xué)：土顆粒不可壓縮和破碎8Blackwelder(1920)

、Terzaghi(1925)、Athy(1935)、Botset與Reed(1935)等通過一系列簡單的試驗研究，認為顆粒材料即使在高達8.5MPa的情況下其破碎量都是很小的。Lee、Farhoomand(1967)

提出用顆粒粒徑變化的比值來表示顆粒的破碎程度，即用破碎前后試樣某含量的粒徑比值表示。NorihikoMiaraSukeO-Hera(1979)

在提出以試樣顆粒面積增量來表示破碎數(shù)量，并發(fā)現(xiàn)試樣破壞時顆粒面積增量與塑性功增量之比(ds/dw)與相應(yīng)的(σ1/σ3)存在很好的線性關(guān)系，這說明ds/dw是試驗材料破壞的一種很好的特征量O.Hardin(1985)引入了破碎勢的概念(potentialforbreakage)，提出了一種表示破碎的方法，破碎勢(B)即顆粒破碎的可能性。認為顆粒破碎的可能性隨顆粒粒徑的增大而增大，在高應(yīng)力作用下大顆粒將破碎成粉粒，而粉粒則被認為是不可繼續(xù)破碎的。他還定義了相對破碎率，這種引入相對破碎率的一個顯著特點就是對于同一種材料，具有相同的顆粒形狀和相對初始狀況，沿同一路徑加載，不同級配的試樣相對破碎率基本相同。2.1顆粒破碎研究歷史8Blackwelder(1920)、Terzaghi(19

胡波，汪稔.《三軸條件下鈣質(zhì)砂的顆粒破碎研究》2.2前人研究方法及結(jié)論破碎勢Bp

：其中，D為顆粒的粒徑，當D<0.074mm時，bp=0。對于整個試樣，破碎勢Bp可表示為：其中，df為bp相應(yīng)粒徑的篩分通過率，以微分表示。2.2.1顆粒破碎的評價方法——級配曲線、破碎指標

9胡波，汪稔.《三軸條件下鈣質(zhì)砂的顆粒破碎研究》2.210相對破碎Br：顆粒破碎指數(shù)B10

：試驗前后的整體破碎勢之差為總破碎Bt即：其中，bpo表示試驗前的bp；bpl表示試驗后的bp。總破碎Bt與初始破碎勢Bpo之比即為相對破碎Br：其中，D10f表示試驗后的有效粒徑；D10i表示試驗前的有效粒徑。

10相對破碎Br：顆粒破碎指數(shù)B10：試驗前后的整體破碎勢111-2mm鈣質(zhì)砂不同圍壓下排水剪切后顆粒級配曲線<5mm鈣質(zhì)砂不同圍壓下排水剪切后顆粒級配曲線級配條件、圍壓對于鈣質(zhì)砂

的破碎有顯著的影響。111-2mm鈣質(zhì)砂不同圍壓下排水剪切后顆粒級配曲線<5mm12<5mm鈣質(zhì)砂相對破碎Br與ε1關(guān)系曲線隨著圍壓的增加相對破碎增大，但是顆粒破碎并不是隨著壓力的增加而無限增大的，當顆粒破碎到一定程度時就會停止。12<5mm鈣質(zhì)砂相對破碎Br與ε1關(guān)系曲線隨著圍壓的增加相13張家銘，蔣國盛.《顆粒破碎及剪脹對鈣質(zhì)砂抗剪強度研究》張家銘，蔣國盛.《顆粒破碎及剪脹對鈣質(zhì)砂抗剪強度研究》Effectiveparametersfortheparticlebreakageofcalcareoussands:Anexperimentalstudy（2013）HabibShahnazari13張家銘，蔣國盛.《顆粒破碎及剪脹對鈣質(zhì)砂抗剪強度研究》14

不同的鈣質(zhì)砂，其起始破碎圍壓不同，但一般是在500kpa以上的高圍壓條件下產(chǎn)生；級配條件對于鈣質(zhì)砂的破碎有顯著的影響；隨著圍壓的增加相對破碎增大，但是顆粒破碎并不是隨著壓力的增加而無限增大的，當顆粒破碎到一定程度時就會停止。小結(jié)：14小結(jié)：15張家銘，蔣國盛.《顆粒破碎及剪脹對鈣質(zhì)砂抗剪強度研究》Rowe剪脹方程：其中：φu

為顆粒之間的摩擦角，消除了剪脹作用?？紤]顆粒破碎修正的方程：其中：dEB為單位體積試樣由于顆粒破碎所消耗的能量；

φf

為消除了剪脹和顆粒破碎的摩擦角。2.2.2顆粒破碎與強度的關(guān)系15張家銘，蔣國盛.《顆粒破碎及剪脹對鈣質(zhì)砂抗剪強度研究》16表面積增量與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線Φu與dSv/dε1關(guān)系曲線16表面積增量與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線Φu與dSv/dε1關(guān)系曲線17圖：各強度分量試驗結(jié)果17圖：各強度分量試驗結(jié)果18張家銘鈣質(zhì)砂基本力學(xué)性質(zhì)及顆粒破碎影響研究針對永暑礁鈣質(zhì)砂進行了大量的三軸排水剪切試驗，圍壓從100kpa到13.8Mpa，相對密實度64%，為中密砂。18張家銘鈣質(zhì)砂基本力學(xué)性質(zhì)及顆粒破碎影響研究針對永暑礁19小結(jié)：鈣質(zhì)砂的顆粒破碎與剪脹對其強度有重要影響。低圍壓下剪脹對其強度的影響遠遠大于顆粒破碎，而隨著圍壓的增加，鈣質(zhì)砂顆粒破碎加劇，剪脹影響越來越小，而顆粒破碎的影響則越來越顯著。顆粒破碎對強度的影響隨著圍壓的增大而增大，當破碎達到一定程度，顆粒破碎程度會漸趨減弱，直至停止，其影響也漸趨于穩(wěn)定。19小結(jié)：20三、基于CT掃描的鈣質(zhì)砂顆粒破碎研究3.1CT技術(shù)原理物體某斷面各物質(zhì)點的吸收系數(shù)μ，即可換算成CT數(shù)H：式中μw為水的X射線吸收系數(shù)。CT的發(fā)明者Housefield教授定義：空氣的CT值為?1000，純水的為0，純冰的為?100。物質(zhì)的密度越大，其CT數(shù)也越大。CT數(shù)：CT掃描圖像的灰度大小與相應(yīng)部位的密度成正比，在圖像上表現(xiàn)為高密度區(qū)圖像亮度大。灰度：20三、基于CT掃描的鈣質(zhì)砂顆粒破碎研究3.1CT技術(shù)原理213.1試驗方案3.1.1試驗?zāi)康娜S排水剪切條件下，不同顆粒級配、不同圍壓，不同相對密實度下，鈣質(zhì)砂的顆粒破碎和強度的關(guān)系。3.1.1試驗方法9次掃描時刻分別對應(yīng)軸應(yīng)變0%、2%、5%、8%、10%、12%、15%、17%、20%的時刻。三軸剪切試驗：A、B兩組顆粒級配不同的鈣質(zhì)砂。

試樣編號相對密實度圍壓（kpa）剪切速率mm/minA120%2000.45A260%2000.45A320%8000.45A460%8000.45B120%2000.45B260%2000.45B320%8000.45B460%8000.45213.1試驗方案3.1.1試驗?zāi)康娜S排水剪切條件下，22圖：CT掃描斷面位置對3個橫斷面和2個垂直的側(cè)斷面進行跟蹤CT掃描，共掃描