论文摘要
随着我国经济建设的快速发展,修建在膨胀土地区的公路、铁路、水利等设施越来越多。裂隙性是膨胀土的重要结构特征,对膨胀土的力学特性影响很大,但目前关于膨胀土裂隙的具体三维形态描述问题尚未得到很好的解决。为了更为直观准确地研究膨胀土在受到外部荷载作用下其内部裂隙的演化规律,本文设计了基于三维重建技术的CT三轴试验方法。本文以南水北调中线工程陶岔引水渠首的膨胀土为研究对象,主要研究内容有：（1）制备了不同孔径的造孔损伤重塑土样：通过在重塑膨胀土土样中增加不同大小和不同位置的人工孔洞,模拟土体中孔状物（如植物的根茎、蚯蚓等）对土体结构和强度所造成的影响。（2）CT-三轴剪切试验：利用后勤工程学院和南郑县医院联合建立的CT-三轴试验工作站,进行控制3种不同净围压和2种不同吸力的6组三轴剪切试验,并对试验过程的CT图像ME值和SD值的变化进行重点分析,研究了损伤在不同荷载情况下的演化规律。（3）CT图像的三维重建：开发基于分割的Marching Cubes算法CT图像三维重建程序,对试验过程中扫描的CT断层图像进行了三维重建,并对特定部分（如孔洞）进行单独提取,重现了土样在加载过程中内部损伤的三维演化情况,突破了以往断层扫描只能分析平面结构变化情况的局限性。本文的主要结论有：（1）当净围压和吸力保持不变时,处于不同条件下试样的轴向应变都随着偏应力的增加而增大,相应的体积应变也随着轴向应变的增加而增大。（2）运用土体CT图像的三维重建程序所建立的三维模型很好的展示了试样在不同条件下的外观及内部结构演化规律。（3）如果把时间也作为一维,能够不间断的连续显示试样在剪切过程中的演化规律,那么重建的效果将更加直观准确,而这种四维的重建程序有待我们进一步研究。通过本文的研究可以更深入、更全面地分析膨胀土的结构特性和力学性质,这对进一步研究膨胀土地区路基、边坡等的破坏机理和力学机制有重要的意义。同时,这一方法还可以借鉴到对黄土等其他结构性强的岩土类材料的CT试验研究中。