このプロトコルは、X線マイクロ断層撮影を用いて粒状土の粒状スケールデータを取得し、粒状物質の微視的挙動の基礎となる微小なプロセスとメカニズムの理解を深めることができる。この技術の主な利点は、粒状材料の変形内の粒子形態、微細構造、破損、変位、および回転を含む粒状土壌の粒子スケール情報への完全なアクセスを提供することです。この方法は、岩石、土壌岩混合物、コンクリート、セラミックス、アスファルト、さらにはポリマー複合材料などの他のタイプの石ベースの天然または合成材料の調査にも適用できます。
テキストプロトコルに記載されているように、実験の設計を事前に十分に開始します。試験材料、粒子径、サンプルサイズ、サンプル初期空隙率を決定します。基板上に土壌サンプルを調製するには、まずベースプレートの上端の側面の周りに少量のシリコーングリースを追加します。
その上面に多孔質石を置きます。上端の側面の周りに膜を置きます。サンプルメーカーの2つの部分の間の接触面に少量のシリコーングリースを加え、サンプルメーカーをベースプレートに置き、膜がそれを通過できるようにします。
サンプルメーカーをロックします。真空ポンプを使用してノズルを通してサンプルメーカー内の吸引を作成します。膜を上端の側面に固定します。
膜がサンプルメーカーの内面に取り付けられていることを確認します。テストの粒材を一定の高さからサンプルメーカーにドロップし、漏斗を完全に充填するまで落とします。土壌サンプルの上面は、サンプルメーカーの上端と同じレベルにする必要があります。
土壌サンプルの上に別の多孔質石を置きます。ステンレス鋼のクッションプレートの側面の周りにいくつかのシリコーングリースを適用し、多孔質石の上に置きます。サンプルメーカーから膜の上面を取り外し、クッションプレートに固定します。
サンプルメーカーのノズル内の吸引を取り外し、ベースプレートのバルブ内部に吸引を作成します。最後に、サンプルメーカーを取り外します。ミニチュアドライサンプルが製造されます。
次に、ベースプレートの閉じ込めセルを固定し、コンフィンドセルの上部にチャンバートッププレートを固定します。残りの積載装置をチャンバーの上部プレートに貼り付けます。サンプルに25キロパスカルの一定の閉じ圧力を加え、サンプル内部の吸引を取り除きます。
コンフィンス圧力提供装置を用いて、徐々に限定された値まで閉圧を高める。サンプルのセクションをスキャンするには、コンピュータ断層撮影または CT スキャナーをイメージ キャプチャ モードに設定します。次に、回転ステージを開始し、所定の一定回転速度で装置全体を180度回転させ、異なる角度でサンプルのCT投影を捕捉する。
高空間分解能CTスキャナの場合、サンプルを完全にスキャンするには、通常、サンプルを複数の高さでスキャンする必要があります。一定の荷重率でサンプルに軸荷重を適用します。ここでは、1 分あたり 0.2 パーセントの読み込み速度を使用します。
ユーザーは、実験要件に応じて異なる読み込み速度を設定できます。事前に決定された軸ひずみで軸荷重を一時停止します。測定された軸力が安定した値になるまで待ち、次のスキャンを実行します。
ロードが終了するまで、これらの手順を繰り返します。PITREソフトウェアを用いて、位相検索後のCT投影に基づいてサンプルのCTスライスを構築します。メニューのロードイメージからPITREにプロジェクションをロードします。
アイコン投影の sinogram をクリックします。表示されたウィンドウに関連するパラメータを入力し、単一クリックしてCTスライスを再構築します。CT スライスにイメージ フィルタリングを実装します。
異方性拡散フィルターは、画像フィルタリングを実行するために使用されます。次に、フィルタ処理された CT スライスに対してイメージのバイナリ化を実行します。そのためには、CT スライスに強度値のしきい値を適用して、イメージの二値化を実装します。
この値は、大津の手法を用いたCTスライスの強度ヒストグラムに従って決定されます。マーカーベースの集水域アルゴリズムを使用して、2-aarized CT スライスから個々のパーティクルを分離し、その結果を 3-D ラベル付きイメージに保存します。CT画像から計算された粒子サイズ分布を機械的ふるい試験から得られたものと比較して、結果を検証します。
matlab スクリプトは、パーティクルのボリューム、パーティクルの表面積、パーティクルの向き、粒子の中心座標などのパーティクルプロパティを抽出するために使用されます。組み込み matlab 関数は、各パーティクルのこれらのプロパティを取得するために使用されます。CTスライスのバイナリ画像とマーカーベースの流域アルゴリズムの実装から取得した流域線のバイナリ画像との間の論理と操作の実装によって、二項化されたCTスライスから接触フォックスホールを抽出する。
サンプルのひずみフィールドを定量化するには、粒子の移動とパーティクルの回転に基づいて、2 回連続したスキャンでひずみフィールドを計算するグリッドベースの方法を使用します。サンプルの粒子間接触の進化を分析します。抽出された接触フォックスホール、粒子のラベル付き画像、および粒子追跡結果に基づいて、失われた接触の分岐ベクトル方向と、各共有増分中にサンプル内で得られた接触を分析します。
3軸圧縮下のレイトン・バザード砂サンプルの応力-ひずみ曲線と2次元スライスを示す。テスト中の2-Dスライスでの粒子運動学的結果がここに表示されます。ほとんどのパーティクルは正常に追跡され、その移動と回転が定量化されます。
局所的なバンドは、テスト終了時にパーティクル変位マップとパーティクル回転マップの両方で開発されます。ここで示されているのは、テスト中にサンプルで得られた接触と失われた接触の分岐ベクトルの正規化された方向周波数です。失われた接触はテストの間にマイナーな原則の圧力方向に向かって明確な方向の好みを示す。
CTスライスの再構成が成功すると回転ステージの適切な位置に依存するだけでなく、テキストプロトコルで詳述されている回転軸のキャリブレーションが重要である。X線源から人体へのイオン化放射線を避けるために、スキャン室のすべてのドアと窓が各スキャン前に適切に閉じられていることを確認する必要があります。同様の手順に従って、X線回折または散乱を用いた検査を行うことができる。
これにより、粒子間接触力と、形成された粒状材料内でのそれらの伝搬を測定するためのツールが提供されます。取得した実験データは、砂の高度な構成モデルの開発、粒度の機械的挙動を考慮した、および負荷下の砂の数値モデリングに使用することができます。
