【摘 要】
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近年来，随着南海岛礁建设的快速发展，钙质砂这种特殊的岩土介质材料越来越受到专家学者们的重视。与传统石英砂不同，钙质砂细观结构复杂，且表现出高度的破碎性，从而导致其工程力学性质不佳。为了深入地了解钙质砂颗粒的工程力学性能，本文借助高精度X射线计算机断层(CT)扫描与改进的图像处理技术，获取了钙质砂颗粒的三维CT图像，表征了钙质砂的颗粒形态与内孔隙结构，进一步通过钙质砂单颗粒破碎的试验与模拟研究，探讨
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近年来，随着南海岛礁建设的快速发展，钙质砂这种特殊的岩土介质材料越来越受到专家学者们的重视。与传统石英砂不同，钙质砂细观结构复杂，且表现出高度的破碎性，从而导致其工程力学性质不佳。为了深入地了解钙质砂颗粒的工程力学性能，本文借助高精度X射线计算机断层(CT)扫描与改进的图像处理技术，获取了钙质砂颗粒的三维CT图像，表征了钙质砂的颗粒形态与内孔隙结构，进一步通过钙质砂单颗粒破碎的试验与模拟研究，探讨了钙质砂颗粒细观结构与其颗粒破碎行为之间的内在联系，为阐明钙质砂的破碎行为本质提供了理论依据。
首先随机选取3~5mm大小的钙质砂颗粒，获取其CT扫描得到的三维图像，并利用图像处理技术，得到了单个钙质砂颗粒及其内部孔隙的三维二值图像。其中，使用阈值分割获取图像的三维二值图像，同时利用Closing算法平滑了钙质砂颗粒表面从而使识别单个钙质砂颗粒更为精确。在识别单个钙质砂颗粒后本文采用了形态学参数，如球度，长径比，内孔隙孔径分布等对颗粒形态以及内部孔隙进行表征。同时本文计算了颗粒内部孔隙的渗透性系数。研究结果表明，不同于普通石英砂颗粒，钙质砂颗粒结构较为复杂，球度凸度等参数较石英砂颗粒小，且钙质砂颗粒内部孔隙的绝对渗透率与其自身的内孔隙率和欧拉示性数具有相关性。
其次借助于钙质砂单颗粒压碎试验的原位CT扫描，深入研究了钙质砂颗粒破碎过程中的裂纹扩展与碎片形态演化规律。图像分析结果表明钙质砂颗粒破碎时裂纹趋向于沿着颗粒内部具有较大缺陷处扩展，且破碎后的碎片较原始颗粒更趋向于片状分布。最后，基于钙质砂颗粒的CT数据，建立了钙质砂颗粒的离散连续耦合分析(FDEM)模型，实现了钙质砂颗粒压碎过程的准确模拟，探究了钙质砂颗粒内孔隙结构对于其破碎行为的影响。模拟结果表明钙质砂颗粒内孔隙率以及孔隙结构的拓扑特征均会直接影响其颗粒压碎强度以及裂纹分布。
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