崔 猛 符 曉 呂蘇穎 余永飛 洪寶寧

(1.南昌工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院,南昌 330099;2.重慶交通大學(xué) 水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400074;3.金華市公路管理局,浙江 金華 321013;4.河海大學(xué) 巖土工程研究所,南京 210098)

外界因素影響下,土體受力基本狀態(tài)有3 種形式,即壓縮狀態(tài)、剪切狀態(tài)與拉伸狀態(tài),而土體的破壞形式主要是剪切破壞與拉伸破壞.剪切破壞是土體最主要的破壞形式,如由于水土壓力過大而引起的基坑側(cè)壁滑移、降雨等因素導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低而引發(fā)的滑坡、上部荷載過大而引起地基(路堤)的滑移等.土體由于拉伸破壞而引起的工程問題也屢有發(fā)生,如基坑降水開挖中出現(xiàn)的沉降盆或沉降漏斗、土坡坡頂?shù)睦炝芽p、土石壩心墻的張拉裂縫等.因此,學(xué)者們圍繞剪切破壞與拉伸破壞開展了一系列研究工作.

土體作為碎散性介質(zhì),由顆粒間錯(cuò)動(dòng)而產(chǎn)生的剪切破壞是其最主要的破壞形式,圍繞土體剪切特性取得的研究成果也更為成熟.Roscoe等[1]根據(jù)正常固結(jié)黏土和弱超固結(jié)黏土的三軸試驗(yàn)結(jié)果提出了劍橋模型,并給出了臨界狀態(tài)線、狀態(tài)邊界面、彈性墻等概念,建立了第一個(gè)比較完善的土體塑性模型.Duncan等[2]提出的鄧肯-張(E-B)模型和沈珠江[3]提出的雙屈服面模型,由于模型簡(jiǎn)單,參數(shù)易于確定,在實(shí)際工程中均得到了廣泛應(yīng)用.盧肇鈞等[4]通過試驗(yàn)確定了膨脹力與吸附強(qiáng)度之間的關(guān)系,并基于此建立了用膨脹力代替吸力的非飽和土抗剪強(qiáng)度的第3種理論公式.李保雄等[5]分別采用直剪、環(huán)剪與原位大面積剪切等試驗(yàn)方法測(cè)試了不同沉積時(shí)代黃土的抗剪強(qiáng)度,并對(duì)應(yīng)給出了抗剪強(qiáng)度的表達(dá)式.除了上述宏觀層面的研究以外,在微觀層面上對(duì)土體剪切特性也開展了許多定性與定量研究.施斌等[6-7]提出了用于描述土體微觀結(jié)構(gòu)的量化指標(biāo)及計(jì)算方法,并系統(tǒng)介紹了微觀試驗(yàn)方法.洪寶寧等[8]通過設(shè)備改造,采集了黏性土在三軸應(yīng)力狀態(tài)下不同剪切階段的微觀圖像,提取了微觀結(jié)構(gòu)特征參數(shù),并分析了三軸剪切過程中各參數(shù)的變化規(guī)律.

土體拉伸破壞會(huì)引起土體開裂,這往往是結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的前兆,早在20世紀(jì)六七十年代,國(guó)內(nèi)外就有學(xué)者開展土體抗拉特性的測(cè)試工作,如Bishop等[9]開展了倫敦黏土的拉伸試驗(yàn),土石壩抗裂研究小組[10]用軸向拉伸與土梁彎曲兩種方法測(cè)試了黏性土的抗拉特性.目前,土體抗拉特性的研究以試驗(yàn)為主,已有測(cè)試方法包括以單軸拉伸[11]和三軸拉伸[12]為代表的直接拉伸,以及以土梁彎曲[13]、徑向壓裂[14]、軸向壓裂[15]、空心圓柱[16]等為代表的間接拉伸,其中直接拉伸的研究成果相對(duì)更多.Lu等[17]設(shè)計(jì)了一套包括圓柱形模具、試驗(yàn)臺(tái)、數(shù)字探針等構(gòu)件的拉伸裝置,用于測(cè)定砂土的抗拉強(qiáng)度.Satoshi A 等[18]研發(fā)了一套可以控制溫度的拉伸裝置,并測(cè)試了凍土的抗拉強(qiáng)度.Mesbah A 等[19]制作了固定斷裂面的拉伸模具,用于測(cè)定纖維加筋土的抗拉強(qiáng)度.Nahlawi等[20]設(shè)計(jì)了一套方形夾持模具,并在內(nèi)部設(shè)置錨固構(gòu)件來改善夾持效果.Tang等[21]研發(fā)了一套應(yīng)變式豎向拉伸試驗(yàn)儀,并測(cè)試了不同含水率試樣的抗拉強(qiáng)度.崔猛等[22]研制了一套新型土工單軸拉伸試驗(yàn)裝置及制樣裝置,并基于此對(duì)不同初始條件下黏性土的宏觀力學(xué)特性開展了系統(tǒng)研究.

縱觀已有研究發(fā)現(xiàn),拉伸與剪切破壞的研究雖取得了系列成果,但從微觀層面對(duì)兩種破壞機(jī)理的揭示及對(duì)比分析尚不完善.剪切破壞雖然有部分微觀層面的研究成果,但多以研究剪切過程中試樣表面局部變形帶的形成及演化為主,而對(duì)土體內(nèi)部尤其是剪切面上的微觀結(jié)構(gòu)特征的研究還鮮有報(bào)道.拉伸破壞的研究多以抗拉強(qiáng)度的測(cè)試為主,微觀層面的研究成果還有待完善.因此,開展拉伸與剪切破壞面的微觀結(jié)構(gòu)研究,是真正意義上從微觀層面去分析兩種受力狀態(tài)下土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的演化,通過二者的對(duì)比分析,有助于進(jìn)一步揭示拉伸與剪切破壞的機(jī)理.

1 試驗(yàn)方案與試樣制備

1.1 試驗(yàn)方案

為了對(duì)比分析土體拉伸斷裂面、壓縮剪切面以及初始結(jié)構(gòu)面在微觀形態(tài)與量化參數(shù)上的差異,本文將開展系列微觀試驗(yàn)研究.試驗(yàn)所用土料取自南京市江北大道城市化改造工程,其基本物理性質(zhì)指標(biāo)見表1.

表1 試驗(yàn)土料物理性質(zhì)指標(biāo)

在具體試驗(yàn)內(nèi)容和操作順序上:①對(duì)土料進(jìn)行風(fēng)干、碾碎與過篩處理,并測(cè)定處理后土料的含水率;②按照表2制備初始試樣,采用對(duì)應(yīng)的加載方式獲取內(nèi)部結(jié)構(gòu)面;③制備SEM 試樣,并進(jìn)行圖像采集;④對(duì)SEM 圖像進(jìn)行圖像處理與量化參數(shù)提取,分析試驗(yàn)數(shù)據(jù).

表2 試樣參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

1.2 結(jié)構(gòu)面獲取

1.2.1 拉伸斷裂面

拉伸試樣采用自主研制的可變拉伸段長(zhǎng)度制樣裝置[22],如圖1(a)所示,試樣兩端為加載端模具,中間為拉伸段模具,二者之間采用燕尾槽連接,圖1(b)為10、40、80 mm 長(zhǎng)度的拉伸段模具.

圖1 拉伸試樣制樣裝置

本文所采用拉伸試樣的壓實(shí)度為90%,含水率為17.5%,拉伸段長(zhǎng)度為40 mm.試樣制備完成后,先拆除拉伸段模具,將加載段模具通過螺栓安裝到所研制LTE-200土體單軸臥式拉伸儀上,如圖2所示,然后設(shè)定拉伸速率為0.01 mm/min,試樣拉伸破壞后,用橡皮球吹去浮在斷裂面上的土顆粒.

圖2 新型單軸拉伸儀

1.2.2 剪切破壞面

剪切試樣采用常規(guī)三軸試樣,即底面直徑39.1 mm,高80 mm 的圓柱體,壓實(shí)度90%,含水率17.5%.試樣制備完成后,進(jìn)行無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn),加載速率設(shè)為0.8 mm/min,試樣剪切破壞后,用橡皮球吹去浮在剪切破壞面上的土顆粒.

1.2.3 初始結(jié)構(gòu)面

為了獲取試樣的初始結(jié)構(gòu),在嘗試很多種方法后,最終采用“淺層切割+快速掰斷”的方法.具體操作為:首先,制備一個(gè)與上述剪切試樣完全一致的土樣;然后,用小刀沿試樣中段任一截面進(jìn)行對(duì)稱切割,切割深度不能太大,需控制在0.5～1.0 mm 之間;最后,雙手持試樣兩端快速將其掰斷,用橡皮球吹去浮在新結(jié)構(gòu)面上的土顆粒.這樣可以獲取部分區(qū)域內(nèi)顆粒與孔隙的初始結(jié)構(gòu),后續(xù)SEM 圖像的采集則只在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行.

1.3 SEM 圖像采集

1.3.1 SEM 試樣制備

SEM 試樣制備步驟如下:

1)切樣.用鋒利刀具對(duì)含破壞結(jié)構(gòu)面試樣進(jìn)行常溫切割后,將切好的試樣與刀具一起放入-40℃的超低溫冰箱內(nèi)冷凍至少8 h,土中孔隙水快速成為不具膨脹性的非結(jié)晶質(zhì)冰,然后用冷凍過的鋒利刀具對(duì)冷凍試樣上除結(jié)構(gòu)面以外的5個(gè)面進(jìn)行切片,切成邊長(zhǎng)為5 mm 的正方體.

2)冷凍干燥.將切好的試樣迅速移動(dòng)到冷阱溫度為-68℃的LGJ-18型號(hào)冷凍干燥機(jī)中,然后進(jìn)行抽真空干燥處理(8 h以上),使試樣中非結(jié)晶質(zhì)冰在真空和低溫狀態(tài)下進(jìn)行升華干燥.

3)鍍膜.用雙面膠將冷凍干燥后的試樣固定在托盤上,一起放入E-1010型號(hào)離子濺射儀進(jìn)行鍍金,鍍金遍數(shù)需在3次以上.

1.3.2 圖像采集

利用S-3400NⅡ型號(hào)掃描電鏡儀對(duì)制備好SEM試樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)面微觀圖像采集,為達(dá)到分析效果,選取3個(gè)放大倍數(shù),分別為300、1 000與3 000倍.

2 基于ArcGIS的SEM 圖像處理

為了結(jié)構(gòu)面微觀結(jié)構(gòu)的量化分析,在采集結(jié)構(gòu)面SEM 圖像之后還需對(duì)其進(jìn)行圖像處理和量化參數(shù)提取.ArcGIS是一個(gè)用于處理地圖及地理信息的系統(tǒng),ArcScene[23]是其中的核心模塊,可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的三維顯示,圖像處理主要是實(shí)現(xiàn)圖像的三維可視化,ArcScene模塊可以實(shí)現(xiàn).量化參數(shù)提取主要包括三維孔隙度和三維分維數(shù)兩種,三維孔隙度可結(jié)合ArcScene模塊的計(jì)算數(shù)據(jù)得到,三維分維數(shù)則需要對(duì)圖像進(jìn)行一系列切片處理,并對(duì)每個(gè)切片的表面積和體積進(jìn)行計(jì)算得到.下面具體介紹SEM 圖像的三維可視化與量化參數(shù)的提取方法.

2.1 三維可視化

通過破壞試驗(yàn)所獲取的結(jié)構(gòu)面并不平整,則成像過程中由于高程差異就會(huì)導(dǎo)致圖像上各點(diǎn)灰度值不同,距成像表面越近,即高程越大,所拍攝圖像的灰度值就越大(亮度越高).利用這一原理,可以將圖像中某像素點(diǎn)的灰度值作為基數(shù)來擬合高程,即可實(shí)現(xiàn)圖像的三維可視化,下面通過一個(gè)例子來介紹具體的實(shí)施方法:

1)對(duì)采集的SEM 圖像進(jìn)行預(yù)處理,主要為圖像增強(qiáng)處理,增強(qiáng)處理有助于提高三維可視化效果,預(yù)處理后的圖像如圖3(a)所示,該圖像放大倍數(shù)為1 000倍;

2)利用Arc Map模塊中的Export Raste Data工具將圖3(a)中SEM 圖像轉(zhuǎn)換為GRID 格式,即進(jìn)行圖像柵格化,完成圖像中各點(diǎn)像素灰度信息向高程信息的轉(zhuǎn)換;

3)將柵格化圖像添加到ArcScene 模塊中,在Base Heights板塊中設(shè)置高度轉(zhuǎn)換系數(shù),通過對(duì)比不同系數(shù)的三維可視化效果,本文將高度轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)為0.3,即完成SEM 圖像的三維可視化,如圖3(b)所示.

圖3 三維可視化處理效果

2.2 量化參數(shù)提取

2.2.1 三維孔隙度

三維孔隙度的定義是孔隙的體積與土體總體積的比值,計(jì)算公式為:

式中:Φ為三維孔隙度,Vv與Vs分別為孔隙體積與顆粒體積.三維孔隙度的具體計(jì)算方法為:

1)按照上述三維可視化步驟對(duì)SEM 圖像進(jìn)行處理;

2)利用3D Analyst板塊獲取圖像的最大和最小灰度值,圖像平面面積(2D area)以及顆粒體積等參數(shù);

3)將最小和最大灰度值分別作為上下兩個(gè)基準(zhǔn)面,構(gòu)造三維空間體,該三維空間體積即為總體積,其原理如圖4所示;

圖4 三維空間體結(jié)構(gòu)示意圖

4)計(jì)算總體積與孔隙體積,孔隙體積為總體積減去顆粒體積,總體積的計(jì)算公式為:

式中:Zmax和Zmin為圖像中的最大和最小灰度值;A為圖像的平面面積.

將計(jì)算出來的孔隙體積與總體積代入式(1)即可計(jì)算出三維孔隙度.

2.2.2 顆粒三維分形維數(shù)

顆粒三維分形維數(shù)主要用來描述顆粒的空間分布特征,對(duì)于三維可視化圖像,其計(jì)算方法采用表面積-體積法,計(jì)算公式[24]如下:

式中:Dtd為顆粒三維分形維數(shù);K為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中顆粒體積與表面積擬合直線的斜率.

K的表達(dá)式為:

式中:V為顆粒體積;A為顆粒表面積;K為直線斜率;b為截距.

由上述公式可知,顆粒三維分形維數(shù)的計(jì)算主要是顆粒表面積和體積的計(jì)算,二者可通過3D Analyst板塊獲取.但是,這需要一系列顆粒表面積和體積的數(shù)據(jù),因此需要對(duì)三維SEM 圖像進(jìn)行切片處理,以獲取多個(gè)獨(dú)立顆粒.在進(jìn)行切片時(shí),可以將圖像中的獨(dú)立顆?；蛘哳w粒集聚體作為提取對(duì)象,提取之后將顆粒與集聚體以外區(qū)域的灰度值設(shè)為0,并將每個(gè)切片按照上述步驟進(jìn)行三維可視化處理.下面通過一個(gè)例子進(jìn)行說明,圖5為在SEM 圖像上提取的一組切片,共20個(gè),各切片的表面積和體積統(tǒng)計(jì)于表3中.

圖5 切片序列圖

表3 切片圖像參數(shù)

將表3中的數(shù)據(jù)繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中,并進(jìn)行線性擬合得到擬合關(guān)系式,如圖6所示,可知擬合直線的斜率K=1.060 5,通過式(3)可以計(jì)算出顆粒三維分形維數(shù)Dtd=2.83.

圖6 顆粒體積與表面積擬合結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 結(jié)構(gòu)面形態(tài)分析

3.1.1 初始結(jié)構(gòu)面

圖7為3組通過“淺層切割+快速掰斷”方法得到試樣初始結(jié)構(gòu)面的SEM 及三維可視化圖像,其中圖7(a)、(c)、(e)為放大300、1000與3000倍的SEM圖像,圖7(b)、(d)、(f)分別為前者的三維可視化圖像.通過分析可以發(fā)現(xiàn),初始結(jié)構(gòu)面上顆粒多以集聚體的形式存在,結(jié)構(gòu)面上顆粒與孔隙完整,分布自然,具有較好的隨機(jī)性,無(wú)明顯規(guī)律,很好保持了土體內(nèi)部的初始結(jié)構(gòu),可作為后續(xù)分析的參照?qǐng)D像,這也驗(yàn)證了所采用的“淺層切割+快速掰斷”的方法可以獲取土體內(nèi)部的初始結(jié)構(gòu).

圖7 初始結(jié)構(gòu)面SEM 及三維可視化圖像

3.1.2 剪切破壞面

圖8為3組通過無(wú)側(cè)限剪切試驗(yàn)得到試樣剪切破壞面的SEM 及三維可視化圖像,3組圖像的放大倍數(shù)同樣依次為300、1 000與3 000倍.

圖8 剪切破壞面SEM 及三維可視化圖像

可以發(fā)現(xiàn),剪切破壞面與初始結(jié)構(gòu)面在形態(tài)上差異較大,主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面:(1)剪切破壞面更為平整,顆粒碎散且呈片狀結(jié)構(gòu).這主要是因?yàn)樵谪Q向荷載作用下,剪切面上部土體產(chǎn)生整體平面滑動(dòng),大顆粒集聚體被堆成片狀結(jié)構(gòu),產(chǎn)生的破碎顆粒和小集聚體則在上部土體的推力作用下填充到孔隙中.(2)剪切破壞面上凸起集聚體邊緣被“拔起”,在圖像中表現(xiàn)為亮度較高的區(qū)域.這主要是因?yàn)榧羟忻娌⒉黄秸?剪切破壞過程中集聚體會(huì)受到拉應(yīng)力,并因此被輕微“拔起”,由于是剪切破壞,“拔起”現(xiàn)象只出現(xiàn)在集聚體凸起位置,且高度不大.

3.1.3 拉伸斷裂面

圖9為3組通過單軸拉伸試驗(yàn)得到拉伸斷裂面的SEM 及三維可視化圖像,3組圖像的放大倍數(shù)同樣依次為300、1 000與3 000倍.

圖9 拉伸斷裂面SEM 及三維可視化圖像

可以發(fā)現(xiàn),拉伸斷裂面與初始結(jié)構(gòu)面和剪切破壞面在形態(tài)上又存在一定的差異,主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:(1)拉伸斷裂面整體表現(xiàn)為不規(guī)則曲面,如圖9(b)中的深凹部位,這是因?yàn)槔鞌嗔衙媸峭馏w內(nèi)部結(jié)構(gòu)膠結(jié)力最弱部位的貫通,具有一定的隨機(jī)性,不像剪切破壞面一樣平整且有規(guī)律;(2)拉伸斷裂面上集聚體發(fā)生拉伸破壞,使得集聚體的完整性不如初始結(jié)構(gòu)面,且在拉伸破壞過程中也會(huì)產(chǎn)生碎散顆粒,但其數(shù)量沒有剪切破壞面多;(3)相對(duì)于剪切破壞面,拉伸斷裂面上集聚體被“拔起”的現(xiàn)象更為普遍,“拔起”高度更大,這是因?yàn)槔鞌嗔衙嫔霞垠w只受拉應(yīng)力,并發(fā)生拉伸破壞.

3.2 結(jié)構(gòu)面量化分析

3.2.1 三維孔隙度

根據(jù)前面介紹三維孔隙度的計(jì)算方法,對(duì)3種結(jié)構(gòu)面不同放大倍數(shù)SEM 圖像的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行提取與計(jì)算,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)列于表4.

表4 三維孔隙度相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

利用表4中的數(shù)據(jù)可以得到每一放大倍數(shù)下不同破壞結(jié)構(gòu)面上三維孔隙度的大小關(guān)系,如圖10所示.

圖10 不同結(jié)構(gòu)面三維孔隙度大小關(guān)系圖

可以發(fā)現(xiàn):(1)每一放大倍數(shù)下3種破壞形式結(jié)構(gòu)面三維孔隙度的大小規(guī)律大致相同,即初始結(jié)構(gòu)面的三維孔隙度最大,其次是拉伸斷裂面,最小的為剪切破壞面.結(jié)合前面的形態(tài)分析可以得知,這主要是因?yàn)榧羟信c拉伸破壞過程中都有顆粒集聚體的破碎,而破碎產(chǎn)生的細(xì)小顆粒會(huì)填充孔隙,導(dǎo)致孔隙體積減小.同時(shí),相較于拉伸破壞而言,剪切破壞由于是上部土體沿剪切面產(chǎn)生整體滑動(dòng),顆粒集聚體的破碎就更為嚴(yán)重,孔隙體積更小.(2)隨著放大倍數(shù)的增加,3種破壞形式結(jié)構(gòu)面三維孔隙度不斷趨于接近,這主要是因?yàn)殡S著放大倍數(shù)的增加,觀測(cè)區(qū)域不斷減小,結(jié)合前面SEM 圖像也可看到,當(dāng)放大倍數(shù)達(dá)到3 000倍時(shí),視野范圍內(nèi)為單顆粒與集聚體,由于試樣土料與壓實(shí)度均相同,所以三維孔隙度會(huì)比較接近.當(dāng)然,觀測(cè)位置的選取也會(huì)對(duì)三維孔隙度大小產(chǎn)生一定影響.

3.2.2 顆粒三維分形維數(shù)

根據(jù)前面介紹顆粒三維分形維數(shù)的計(jì)算方法,對(duì)3種結(jié)構(gòu)面不同放大倍數(shù)SEM 圖像的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行提取與計(jì)算,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)列于表5.

表5 顆粒三維分形維數(shù)相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

同樣利用表5中的數(shù)據(jù)可以得到每一放大倍數(shù)下不同破壞結(jié)構(gòu)面上顆粒三維分形維數(shù)的大小關(guān)系,如圖11所示.

圖11 不同結(jié)構(gòu)面顆粒三維分形維數(shù)大小關(guān)系圖

可以發(fā)現(xiàn),每一放大倍數(shù)下3種破壞形式結(jié)構(gòu)面顆粒三維分形維數(shù)的大小關(guān)系保持一致,即初始結(jié)構(gòu)面最大,其次是剪切破壞面,最小為拉伸斷裂面.這主要是因?yàn)槌跏冀Y(jié)構(gòu)面沒有受到外力作用,顆粒分布最為分散,集團(tuán)化程度最低,而拉伸破壞產(chǎn)生的“拔起”結(jié)構(gòu)讓顆粒間更好地膠結(jié)在一起,顆粒分布最為緊湊,集團(tuán)化程度最高.同樣,放大倍數(shù)對(duì)顆粒三維分形維數(shù)大小也產(chǎn)生一定影響,這主要也是由觀測(cè)維度與觀測(cè)區(qū)域的不同而引起的.

4 結(jié)論

本文基于ArcGIS的SEM 圖像處理技術(shù),并利用自主研制的土體單軸拉伸裝置,從微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)與量化參數(shù)兩個(gè)層面對(duì)比分析了拉伸與剪切破壞面的微觀結(jié)構(gòu).主要得出以下結(jié)論:

1)ArcGIS可以實(shí)現(xiàn)土體SEM 圖像三維可視化,以及包括三維孔隙度與顆粒三維分形維數(shù)在內(nèi)土體微觀結(jié)構(gòu)量化參數(shù)的提取,是研究巖土材料微觀結(jié)構(gòu)圖像的有效手段.

2)從微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)上來看,黏性土初始結(jié)構(gòu)面上顆粒與孔隙分布自然,具有較好的隨機(jī)性,無(wú)明顯規(guī)律,表明通過“淺層切割+快速掰斷”的方法可以獲得土體內(nèi)部初始結(jié)構(gòu).

3)剪切破壞面由于上部土體的整體滑動(dòng)表現(xiàn)較為平整,面上顆粒碎散且呈片狀結(jié)構(gòu),同時(shí)凸起集聚體邊緣被“拔起”.拉伸斷裂面整體表現(xiàn)為不規(guī)則曲面,局部存在深凹,顆粒完整性較好,面上集聚體被“拔起”現(xiàn)象更為普遍,且“拔起”高度更大.

4)3種結(jié)構(gòu)面在不同放大倍數(shù)下,三維孔隙度的大小關(guān)系均保持一致,即初始結(jié)構(gòu)面最大,其次是拉伸斷裂面,最小為剪切破壞面,這與結(jié)構(gòu)面上顆粒的破碎程度有關(guān);隨著放大倍數(shù)的增加,觀測(cè)范圍不斷減小,不同結(jié)構(gòu)面的三維孔隙度不斷趨于接近.

5)顆粒三維分形維數(shù)與顆粒分布及集團(tuán)化程度相關(guān),拉伸破壞使顆粒間通過產(chǎn)生的“拔起”結(jié)構(gòu)更好地膠結(jié),顆粒分布更為緊湊,集團(tuán)化程度高,顆粒三維分形維數(shù)最小,其次為剪切破壞面,最大為初始結(jié)構(gòu)面.同樣,放大倍數(shù)會(huì)通過觀測(cè)范圍的改變而影響其數(shù)值大小,但規(guī)律保持不變.