ການກໍານົດວັດຖຸດິບຂອງດິນໃນລະຫວ່າງການຕັດຫຍິບໂດຍນໍາໃຊ້ຕົວກໍານົດການ scalar (1)

  INTRODUCTION

  ໃນ geomechanics, ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການຫຸ້ມຫໍ່ຂອງດິນຕາມປົກກະຕິແມ່ນໄດ້ຖືກວັດແທກຢູ່ໃນລະດັບມະຫາວິທະຍາໂດຍຜ່ານປະລິມານແລະປະລິມານຂອງຕົວຢ່າງແລະຖືກກໍານົດເປັນອັດຕາສ່ວນ void (e), ປະລິມານສະເພາະ (v) ຫຼື porosity (n). ສໍາລັບຊາຍ, ຄວາມຫນາແຫນ້ນການຫຸ້ມຫໍ່ມີຄວາມຫມາຍມີບົດບາດໃນການກໍານົດການຕອບສະຫນອງຂອງກົນຈັກ (ເຊັ່ນ: ສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນໃນພາລາມິເຕີຂອງລັດ: Wroth & Bassett, 1965; Been & Jefferies, 1985). ຖ້າມີດິນທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງກວ່າການຫຸ້ມຫໍ່ (ສ່ວນທີ່ມີຫຼາຍກວ່າ "ຖັກ" ພ້ອມກັນ), ມັນກໍ່ມີຄວນມີຈໍານວນການຕິດຕໍ່ສ່ວນນ້ອຍແລະຫຼາຍກວ່າພື້ນທີ່ຂອງການຕິດຕໍ່ຕໍ່ອະນຸພາກ. ດັ່ງນັ້ນ, ພະລັງງານທີ່ຍິ່ງໃຫຍ່ (ທີ່ສອດຄ້ອງກັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງທີ່ເຫນືອກວ່າ) ຕ້ອງຖືກຍົກເລີກການຕິດຕໍ່ແລະຍ້າຍparticles, ເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນທີ່ເຂັ້ມແຂງ. ນັກຄົ້ນຄວ້າພາຍໃນຊຸມຊົນກົນຈັກກະເພາະອາກາດໂດຍໃຊ້ວິທີການອົງປະກອບທີ່ແຍກຕ່າງຫາກ (DEM) ຫຼືຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຮູບພາບ, ຕາມປົກກະຕິປະລິມານຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການຫຸ້ມຫໍ່ເຂົ້າໂດຍໃຊ້ຫມາຍເລກການປະສານງານ(CN), ມາດຕະການຈໍານວນຂອງການພົວພັນຕໍ່ເມັດ.

  ສໍາລັບຊາຍທີ່ມີຊາຍແດນຕິດ, ການຕິດຕໍ່ເຂົ້າມັກຈະຂະຫຍາຍໃຫຍ່ຂື້ນ; ການຂະຫຍາຍຕົວນີ້ອາດໄດ້ເກີດຈາກການແກ້ຄວາມກົດດັນທີ່ເກີດຂື້ນໂດຍກໍາລັງການຕິດຕໍ່ທີ່ສູງທີ່ສຸດໃນໄລຍະເວລາ geological ທີ່ເພີ່ມຂື້ນ (ເຊັ່ນ: Sorby, 1908;Barton, 1993) ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຜູ້ຂຽນບາງຄົນໄດ້ຕີຄວາມຫມາຍຂອງປະກົດການ interpenetration ຂອງເມັດເປັນເຄື່ອງຈັກກົນທີ່ເກີດຂື້ນ, ເກີດຈາກການປ່ຽນແປງທີ່ບໍ່ມີປະໂຫຍດທີ່ເກີດຂື້ນໃນຂະແຫນງການບົ່ມ (compress) (ຕົວຢ່າງ Stephen sonet al, 1992) ການຄົ້ນຄວ້າທົດລອງໃນການຕອບສະຫນອງຂອງຊາຍທີ່ຖືກລັອກໂດຍ Cuccovillo & Coop (1997,1999), Cresswell & amp Powrie (2004) ແລະ Bhandari (2009) ໄດ້ເນັ້ນຫນັກເຖິງຄວາມສໍາຄັນຂອງການຕິດຕໍ່ເຂົ້າແລະພື້ນທີ່ສໍາຜັດຂອງພວກເຂົາ, ເຊິ່ງມີການພັດທະນາໂດຍຜ່ານປະຫວັດສາດທາງທະລະນີວິທະຍາຂອງດິນ. ຜູ້ຂຽນເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ປຽບທຽບກັບພຶດຕິກໍາຂອງຕົວຢ່າງທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງແລະຖືກສ້າງຂື້ນຈາກ Lower Greensand, ທີ່ມີຊາຍແດນຕິດກັບຊາຍຝັ່ງ Cretaceous Folkestone ໃຕ້ຂອງອັງກິດ. ເຖິງແມ່ນວ່າບັນຫາສໍາລັບຄວາມແຕກຕ່າງໃນອັດຕາສ່ວນຫວ່າງເປົ່າລະຫວ່າງຕົວຢ່າງທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງແລະການກໍ່ສ້າງ, ວັດສະດຸທີ່ຍັງຄົງຢູ່ແມ່ນພົບວ່າມີຄວາມແຂໍງສູງສຸດໃນຂັ້ນຕອນທໍາອິດແລະມີຄວາມເຂັ້ມແຂງສູງສຸດທີ່ສູງກວ່າ,ອັດຕາການຂະຫຍາຍຕົວສູງຂຶ້ນ. ອຸປະກອນການທີ່ຍັງບໍ່ໄດ້ຮັບຄວາມນິຍົມກໍ່ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຫຍຸ້ງຍາກຢ່າງລ້າໆໃນຄວາມແຂງແກນ (G). ຜູ້ຂຽນເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ນໍາໃຊ້ການສັງເກດດ້ານຄຸນນະພາບຂອງລັກສະນະຂອງການຕິດຕໍ່ສອງຝ່າຍແລະວິວັຖນາການຂອງພວກເຂົາດ້ວຍການຕັດໃນການສົນທະນາກ່ຽວກັບຕົ້ນກໍາເນີດຂອງຄໍາຕອບເຫຼົ່ານີ້. ກະດາດປະຈຸບັນມີຈຸດປະສົງເພື່ອສະຫນອງການຢືນຢັນປະລິມານຂອງກົນໄກທີ່ກ່ຽວຂ້ອງໂດຍພິຈາລະນາມາດຕະການຂະຫນາດເຂົ້າຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການຫຸ້ມຫໍ່ແລະການພົວພັນກັບກົນຈັກການຕອບສະຫນອງ. ຮູບພາບສະແດງກ້ອງຈຸນລະພາກຂອງອາຍແກັສທີ່ຖືກຮັກສາໄວ້, ສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນຮູບທີ່ 1.

ຮູບ 1 ຮູບພາບຂອງຈຸລິນຊີຂອງສ່ວນນ້ອຍຂອງດິນຊາຍ Reigate ພາຍໃຕ້ແສງສະຫວ່າງຂ້າມ polarized

  ບາງສ່ວນຂອງຄວາມແຕກຕ່າງໃນການຕອບສະຫນອງລະຫວ່າງຕົວຢ່າງທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງແລະຖືກສ້າງຂຶ້ນໃຫມ່ຂອງ Greensand ຖືກນໍາໃຊ້ຢູ່ໃກ້ກັບ Reigate (ຈາກບ່ອນທີ່ຊື່ຂອງດິນຊາຍມາ) ສາມາດຖືກບັນທຶກໄວ້ໃນຄວາມແຕກຕ່າງໃນຮູບພາບຂອງ particle ທີ່ເກີດຈາກການແຕກແຍກຂອງຮອຍແຕກໃນເບື້ອງຕົ້ນໃນຂະບວນການຟື້ນຟູ (Fonseca et al., 2012a) ເຊິ່ງໄດ້ຖືກມອງຂ້າມໃນການສຶກສາທົດລອງຕ່າງໆ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ຄວາມເຂົ້າໃຈຢ່າງເຕັມທີ່ກ່ຽວກັບຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ມີຄວາມຈໍາເປັນການເບິ່ງແຍງຂອງ fabric ຫຼື topology ພາຍໃນຂອງອຸປະກອນ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນການຕິດຕໍ່ເຂົ້າ. ການສຶກສາໃນປັດຈຸບັນນໍາໃຊ້ຂໍ້ມູນຈາກກ້ອງ tomography ຄອມພິວເຕີ້ (micro CT) ສະແກນດ້ວຍຂະຫນາດຂອງ voxel (3D pixel) ຂອງ 0018d50 ເພື່ອສືບສວນການວິວັຖນາການຂອງການຫຸ້ມຫໍ່ຂອງວັດສະດຸຄົງທີ່ແລະ reconstituted. ປະລິມານຂອງຜ້າ Scalar ເຊັ່ນ CN, ດັດຊະນີການຕິດຕໍ່ (CI) ແລະຄວາມຍາວຂອງ vector (BVL) ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອເຊື່ອມຕໍ່ກັບພຶດຕິກໍາ macroscopic ກັບການປ່ຽນແປງໃນຈຸລະພາກ.

  ຂັ້ນຕອນການທົດລອງ

  ການທົດສອບການບີບອັດ triaxial ໃນຕົວຢ່າງ (ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ 38 ມມແລະສູງ 76 ມມ) ຂອງດິນຊາຍ Reigate ຄົງທີ່ແລະ reconstituted ໄດ້ຖືກປະຕິບັດຢູ່ໃນຄວາມກົດດັນຂອງຄວາມກົດດັນຂອງ 300 kPa. ຕົວຢ່າງດິນຊາຍ Reigate intact ໄດ້ຖືກແກະສະຫລັກຢ່າງລະອຽດຈາກຕົວຢ່າງຂອງຕັນທີ່ໄດ້ຮັບຈາກເວັບໄຊທ໌ດຽວກັນກັບທີ່ໃຊ້ໂດຍ Cresswell & Powrie (2004) ແລະ Bhandari (2009). ຕົວຢ່າງທີ່ຖືກປັບປຸງແມ່ນໄດ້ມາໂດຍແຍກດ້ວຍວັດຖຸດິບໂດຍມືມືແລະຫຼັງຈາກນັ້ນມັນກໍ່ມີຢູ່ໃນຟອມແລະmembrane ເທິງ pedestal triaxial, ການນໍາໃຊ້ tamping ແລະ vibration ເພື່ອບັນລຸຄວາມຫນາແຫນ້ນໃກ້ຊິດກັບຂອງຕົວຢ່າງ intact. ຂັ້ນຕອນການທົດສອບແມ່ນຄືກັນສໍາລັບສອງປະເພດຕົວຢ່າງແລະການຕອບສະຫນອງການປ່ຽນແປງທີ່ມີຜົນໄດ້ຮັບສໍາລັບຕົວຢ່າງທີ່ເປັນຕົວແທນແລະ reconstituted ຕົວແທນຕົວຢ່າງທີ່ຖືກຕ້ອງແລະຖືກສ້າງຂຶ້ນໃຫມ່ມີອັດຕາສ່ວນທໍາອິດຂອງ 0.48 ແລະ 0.49 ແຕ່ເຖິງວ່າຈະມີຄວາມຄ້າຍຄືກັນໃນລະດັບຄວາມກົດດັນແລະອັດຕາສ່ວນ void, ການຕອບສະຫນອງທາງກົນແມ່ນແຕກຕ່າງກັນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ,previous sear sear ການທົດສອບໄດ້ຖືກຊ້ໍາແລະຢຸດເຊົາໃນໄລຍະທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງການຕັດ, ເມື່ອຕົວຢ່າງໄດ້ຖືກຝັງຢູ່ດ້ວຍເຫລໍກເອເລັກໂຕຣນິກເພື່ອອະນຸຍາດໃຫ້ວັດແທກຂອງວິວັຖນາການຂອງຈຸນລະພາກ. ຈຸດທີ່ເລືອກແມ່ນໄດ້(ຂັ້ນຕອນການໂຫຼດ 2), ໃນຮູບແບບຂອງແຖບຕັດສາຍທີ່ເບິ່ງເຫັນ (ຂັ້ນຕອນຂອງການໂຫຼດ 3), ແລະໃນເວລາທີ່ເຂົ້າຫາສະຖານະການທີ່ສໍາຄັນ (ຂັ້ນຕອນຂອງການໂຫຼດ 4). ເນື່ອງຈາກວ່າການຕີທ້ອງຖິ່ນ, aລັດທີ່ສໍາຄັນສາມາດໄດ້ຮັບການກະຈາຍຢູ່ທ້ອງຖິ່ນໃນແຖບຕັດ. ເມື່ອຢາງມີກໍານົດແລະແຂງ, ໂຄນ mini (ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ 3-6 ມມ) ຖືກສະກັດເອົາທັງຈາກພາກພື້ນທີ່ມີແຖບຕັດແລະຈາກຫຼາຍໆຕົວຢ່າງ. ນອກຈາກນັ້ນລາຍລະອຽດຂອງການທົດສອບ triaxial ແລະຂະບວນການ impreg ປະເທດແມ່ນໄດ້ຮັບໂດຍ Fonseca (2011) ແລະ Fonseca et al. (2012a)

  ຕາມການຄາດຄະເນໂດຍຫຼັກຊັບ (2008) ຫຼື Ketcham & Carlson (2001), ໃນເວລາທີ່ການນໍາໃຊ້ CT, ຮູບພາບຂອງຮູບພາບຂອງການເບິ່ງ (FOV) ຄວນຈະຂະຫນາດໃຫຍ່ກວ່າວັດຖຸ, ແລະ FOV ຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າຂະຫນາດຂອງ voxel ຂະຫນາດນ້ອຍ. ຂະຫນາດ voxel ໃຊ້ໃນການຄົ້ນຄວ້ານີ້ແມ່ນ 5 μm,ຫຼັງຈາກການຖອດລະຫັດ 2 3 2 3 2 (ເຊົ່ນປະລິມານ 23 voxels ຖືກທົດແທນໂດຍ 1 voxel) ເພື່ອຮັບມືກັບບັນຫາຄວາມຈໍາຄອມພິວເຕີ. ຂະຫນາດ voxel ນີ້ເກືອບແມ່ນຄໍາສັ່ງຂອງຂະຫນາດໃຫຍ່ທີ່ສູງກວ່າທີ່ໄດ້ບັນລຸໃນການສໍາຫຼວດທີ່ສໍາຄັນໃນການຄົ້ນຄວ້າທາງພູມສາດກ່ອນຫນ້ານີ້ (ຕາຕະລາງ1), ບອກວ່າຄວາມລະອຽດແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບຄິວຂອງຄວາມຍາວ voxel. ໃນເວລາທີ່ນໍາໃຊ້ຂໍ້ມູນ CT ຈຸລະພາກເພື່ອສະແດງໂຄງສ້າງພາຍໃນຂອງວັດສະດຸ, ຄຸນນະພາບຂອງຮູບພາບແລະຂະຫນາດ voxel ທີ່ຕ້ອງການແມ່ນທັງສອງຫນ້າທີ່ຂອງຂະຫນາດຂອງລັກສະນະຂອງຄວາມສົນໃຈທີ່ຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ຮັບການແກ້ໄຂ, ແລະຈຸດປະສົງຂອງການສືບສວນໃນປະຈຸບັນ. ໃນເວລາທີ່ການຕິດຕໍ່, particle ແລະ void morphologies ຖືກພິຈາລະນາທັງຫມົດ, ໃນການສືບສວນໃນປະຈຸບັນ, ຂະຫນາດ voxel ຂະຫນາດນ້ອຍແມ່ນຕ້ອງການບັນລຸຄວາມລະອຽດທີ່ຕ້ອງການຂອງຄຸນລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ທັງຫມົດ. ດັ່ງນັ້ນຂະຫນາດຕົວຢ່າງ, ຂະຫນາດຂອງ voxel ແລະຕົວກໍານົດການ scanning ແມ່ນອີງໃສ່ການປະນີປະນອມລະຫວ່າງສາມປັດໃຈຕົ້ນຕໍຄືຄຸນນະພາບຂອງຮູບພາບ, ເວລາຖ່າຍແລະຕົ້ນທຶນຂອງຂະບວນການ.Dev ຄວາມກົດດັນ intact Dev. stress rein Vol strain intact Vol strain recon

  ຕາຕະລາງ 2 summarizes 13 ຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ຖືກສະແກນສໍາລັບແປດ intact (Int 1 A ເຖິງ Int 4 b S) ແລະຫ້າ reconstituted (Rec 1 a ກັບ Rec 4 S) ຕົວຢ່າງ. ດັ່ງທີ່ໄດ້ສະແດງໃນຕາຕະລາງ 2, ຂັ້ນຕອນຂອງການໂຫຼດທີ່ CT scans micro ໄດ້ຖືກປະຕິບັດທຽບເທົ່າກັບ difstrains ສໍາລັບເອກະສານທີ່ຍັງຄົງແລະ reconstituted. ສໍາລັບດິນທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງ, ຕົວຢ່າງສອງໄດ້ຮັບການເຄືອບຈາກພື້ນທີ່ແຖບຕັດຢູ່ໃນຂັ້ນຕອນຂອງການໂຫຼດ 3 ແລະ 4 (ຕົວຢ່າງ Int 3 b S ແລະ Int 4 b S ຕາມລໍາດັບ), ແຕ່ເນື່ອງຈາກຂະຫນາດນ້ອຍມີຂະຫນາດໃຫຍ່ກ່ວາຄວາມຫນາຂອງແຖບຕັດ, ແຕ່ລະຕົວຢ່າງແມ່ນປະກອບດ້ວຍເຂົ້າຈາກທັງພາຍໃນແລະພາຍນອກຂອງແຖບຕັດ. ສໍາລັບດິນທີ່ຖືກສ້າງຂື້ນ, ຕົວຢ່າງຫນຶ່ງໄດ້ຮັບການສະກັດກັ້ນຂອງແຖບຕັດຢູ່ຂັ້ນຕອນຂອງການໂຫຼດ 4 (Rec 4 S). ທັງຫມົດຕົວຢ່າງທີ່ຍັງເຫຼືອແມ່ນບໍ່ວ່າຈະເປັນການປະຕິບັດກ່ອນທີ່ວົງໂຄນຕັດໄດ້ພັດທະນາຫຼືບໍ່ມີສ່ວນປະກອບສໍາຄັນຂອງພື້ນທີ່ແຖບຕັດ.

  ຂໍ້ມູນທັງຫມົດທີ່ນໍາສະເຫນີໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໃນຫນຶ່ງໃນສອງ scanner nanotom micro CT, ພັດທະນາໂດຍ phoenix | X ray (GE). ລາຍລະອຽດທັງຫມົດຂອງລະບົບທີ່ນໍາໃຊ້ແລະຕົວກໍານົດການສະແກນແມ່ນ Fonseca (2011). ຮູບພາບໄດ້ຮັບ.

ຕາຕະລາງ 2. ເງື່ອນໄຂຕົວຢ່າງແລະຄ່າທີ່ສໍາຄັນ

ຂໍ້ບົກພ່ອງອື່ນ (ຕົວຢ່າງ: Davis & Elliott, 2006), ມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການວິເຄາະພາບຕໍ່ມາ. ພາບຖ່າຍຮັງສີ Synchrotron ສາມາດມີຄຸນນະພາບທີ່ສູງກວ່າ, ຍ້ອນວ່າມັນສາມາດນໍາໃຊ້ເສັ້ນດ່າງແກຼນ X monochromatic, ມີຟອງ photon ສູງ, ແລະອັດຕາສ່ວນສັນຍານກັບສຽງແມ່ນດີກວ່າ (Stock, 2008). ການເຂົ້າເຖິງແຫລ່ງຮັງສີ synchrotron ແມ່ນຈໍາກັດແລະເຖິງແມ່ນວ່າມີຕົວຢ່າງຂອງການນໍາໃຊ້ສະຖານທີ່ synchrotron ໃນການສຶກສາທາງດ້ານ geomech anics (ດັ່ງທີ່ໄດ້ກ່າວໄວ້ໃນຕາຕະລາງ 1), ແຫຼ່ງຫ້ອງທົດລອງແມ່ນມັກພົບທົ່ວໄປ, ແລະມັກຈະສືບຕໍ່ນໍາໃຊ້ໃນການຄົ້ນຄວ້າ geomechanics.

  ການພິຈາລະນາຢ່າງລະມັດລະວັງໄດ້ຖືກມອບໃຫ້ແກ່ຂົງເຂດທີ່ໄດ້ຮັບການສະກັດເອົາຂອບເຂດການສະແກນແລະຈໍານວນຂີ້ເຫຍື້ອ "ພາຍໃນ" ທີ່ບໍ່ໄດ້ສໍາຜັດກັບຂອບເຂດແມ່ນໄດ້ລະບຸໄວ້ໃນຕາຕະລາງ 2.ຈໍານວນ) ໄດ້ຖືກຄິດໄລຫຼັງຈາກນັ້ນພຽງແຕ່ສໍາລັບການເຂົ້າໃນ, ດັ່ງທີ່ໄດ້ລາຍລະອຽດໃນ Fonseca (2011). ຮູບສາມຫລ່ຽມ 3 (a) ແລະ 3 (ຂ) ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງສ່ວນຂະຫນາດນ້ອຍໂດຍຜ່ານຂໍ້ມູນ tomographic ສໍາລັບການທົດລອງທີ່ມີຄວາມເປັນທໍາແລະ reconstituted ຂອງທາຍ Reigate ຕາມລໍາດັບ.