为定量研究砂岩中矿物颗粒在载荷作用下的塑性应变和应力,揭示岩石内部赤铁矿颗粒的变形行为,基于弹塑性力学理论和张量分析,采用X射线CT对砂岩三维结构进行扫描(空间分辨率为4.6 μm),分析岩石内部矿物颗粒的运移规律,并提出了岩石矿物颗粒变形梯度张量计算的方法研究其塑性应变.首先对砂岩矿物颗粒位移进行提取,并采用Non Local Means滤波算法对砂岩三维数字图像去噪;然后基于砂岩三维结构,对不同矿物组分进行分割,通过构造主轴应变的变形张量,计算砂岩矿物颗粒的变形梯度和应力、应变分量.结果表明:该滤波算法对砂岩CT图像和射束硬化现象具有显著改善效果.此外,基于X射线CT的砂岩原位测试结果显示,砂岩内部存在较复杂的变形行为和应力响应,且在断裂带和非断裂区域变形行为有着显著差异;岩石内部颗粒在Z轴方向受到压应力,而在XY平面受到拉伸应力的作用,同时矿物颗粒内部存在较大的塑性应变,且试样内部颗粒的应变和应力要远远大于试样宏观应变和应力.该方法对于揭示岩体内部结构和应力、应变状态演化过程具有重要作用.
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