岩石孔隙结构三维随机重构研究

发布时间：2020-05-15 10:10

【摘要】：岩石物理试验是客观研究岩石物理力学性质的方法,为了使其对工程的预测效果,通常试验的成本花费高,周期长,且某些情况下由于工程地质的复杂性导致误差大。在同一个研究地区,难以获取具有各种具有不同微观结构的岩石样本来进行试验从而研究其对岩石物理力学性质的影响规律。随着计算机技术的发展,数值模拟已经成为最经济且行至有效的科学研究方法。如对建筑结构进行数值模拟从而确定其可靠度,对地下洞室进行数值模拟从而确定可能发生岩爆事故的区域等。目前,岩土工程学科中的数值模拟已经成为岩土学科研究的重要手段。相比于岩石物理力学实验,其可以节省大量的人力资源、物力资源及资金,并且可以在微观尺度上定量考察各种因素(如孔隙)对岩石物理力学性质的影响。另外,数值模拟可计算在常规岩石物理力学试验中无法直接测量的物理力学性质,如三相相对渗透率等。本文利用CT扫描实验,获取了福建行洛坑砂岩的CT扫描图片,与常规数字图像处理方法相比,本文采用了一种全变分图像去噪模型,利用边缘检测算子获得了合适的参数,在去除CT扫描图像噪声的同时,保留了其边缘轮廓及纹理等细节方面的信息,使处理完成的CT图像尽可能精确的反映岩石中孔隙的空间分布规律。根据处理完成的CT扫描图片,采用移动立方体算法,通过构建二义性分辨表,同时解决了在生成网格时可能会出现的面二义性和体二义性问题,在拓扑上确保了生成的表面模型的正确性。结合顶点去重算法和自适应分支八叉树算法去除其中的重复,劣质的网格,提升了其网格质量。以建立的岩心表面网格模型中为输入域,提出自适应内部节点生成算法,通过改进的德洛内四面体算法建立了岩心四面体网格模型;其次以之前建立的三维岩心四面体网格模型为参考模型,在模拟退火算法中采用两点概率控制函数,线性路径控制函数和分形控制函数重构了在几何性质上与参考模型不相同,但在拓扑,力学性质上与参考模型等价的三维岩心数值模型,生成的岩心数值模型可以根据较少的室内试验的结果来预测宏观意义上的岩体物理力学性质,且初步探讨了在该模型下孔隙对岩石的断裂机理的影响。本文研究为岩石的数值模拟研究提供了新的方法和思路,也为岩石的断裂机理研究提供了直观描述的手段。
【图文】：

组合法,工序流

图 1.2 切片组合法的工序流程Fig.1.2 The working process of slice combination method离子束-扫描电镜法是在切片组合法的基础上发展而来的，，也属切片组合法相比，聚焦离子束-扫描电镜法在技术上有改进，岩样镀上铂金，放入加工室内，抽真空，通过聚焦离子束对镀割得到一个参考的标志，然后旋转样品台至适当的切面位置，样进行微尺度切割，然后通过扫描电镜的电子束成像，通过这程就能获得了一定体积的岩石的内部结构图片，如图 1.3 所示[1

扫描电镜法,聚焦离子束

图 1.2 切片组合法的工序流程Fig.1.2 The working process of slice combination method聚焦离子束-扫描电镜法是在切片组合法的基础上发展而来的，也属于切片组一类。与切片组合法相比，聚焦离子束-扫描电镜法在技术上有改进，其基本流首先将岩样镀上铂金，放入加工室内，抽真空，通过聚焦离子束对镀了铂金的进行切割得到一个参考的标志，然后旋转样品台至适当的切面位置，通过聚焦束对岩样进行微尺度切割，然后通过扫描电镜的电子束成像，通过这样重复的成像过程就能获得了一定体积的岩石的内部结构图片，如图 1.3 所示[13-16]。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45

【参考文献】