[发明专利]一种含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法

说明书

本发明涉及一种含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法，包括：制备含大气泡土圆柱型样品；采集三维空间数据；进行三维重构；截取研究样本；选取水平切片样本；将每个水平切片样本分为等面积扇区并计算各个等面积扇区内的气泡截面积比；切取竖直切片样本；提取研究样本中所有气泡的等效直径以及气泡体心坐标信息；计算研究样本中总体气泡的体心与样本体心的偏差率、研究样本的气泡截面积比的变异系数以及研究样本中气泡间距均匀度；综合评定含气土样中气泡空间位置分布的均匀性。本发明具有可定量评价人工模拟制备的含气样品中的气泡分布均匀性，为检验含气土室内人工模拟制备方法的有效性提供判据的优点。

技术领域

本发明属于岩土工程中含气土的人工模拟制样试验技术领域，涉及一种含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法，尤其涉及一种人工模拟制备海底含气沉积物样品中气泡空间位置分布均匀性的定量评价方法。

背景技术

随着海洋工程建设的发展，海底管线、隧道、跨海大桥、钻井平台等建设项目的进行，在东南沿海、长江中下游、珠江三角洲以及南海海域等地区陆续遭遇到了浅层含气沉积物地质，诱发工程灾害，甚至酿成工程事故，造成重大经济损失。由于沉积物土体中气体压力较高、属易燃气体且易于逸散，现场很难获取其含气原状样品。即便采用特殊装备能够获得保压含气原状土样，在实验室条件下仍然受到难以二次加工、试样不均匀等问题的困扰，促使室内人工模拟制样技术成为研究该类土岩土工程问题的前提和基础。

含大气泡软黏土是海洋含气沉积物中一种常见类型，其初始饱和度高，土中气相以气泡形态赋存，且气泡粒径远大于土颗粒，从而改变沉积物的土骨架结构。专利号是ZL201310752757.1、发明名称是《变压可控气体置换反应装置及其在含气土样制备中的应用》中公开了一种通过借助沸石来制备含气土样的方法。专利号是ZL201410027361.5、发明名称是《高压溶气饱和试验装置及其在含气土样人工制备中的应用》中公开了一种借助饱和二氧化碳水溶液制备含气土三轴试样的方法。这些方法虽然给出了人工模拟制备含大气泡黏土样品的方法，但所制备的三轴样品中气泡分布是否均匀未给出评价方法。然而，这直接关系到所制备含气样品是否满足单元体均匀性的土工三轴试验基本要求。

由于含大气泡软黏土中的气泡分布均匀性对于其岩土力学特性有着重要的影响。因此，定量评价含大气泡软土样品中气泡分布的均匀性对于检验室内人工模拟制备的含气土样是否满足三轴单元体均匀性要求，评价人工模拟制样的有效性具有重要的意义。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可定量评价人工模拟制备的含气样品中的气泡分布均匀性，为检验含气土室内人工模拟制备方法的有效性判定提供判据的含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法，其特征在于：所述含气土样中气泡空间位置分布均匀性的评价方法包括以下步骤：

1)在室内，利用含气土制样方法制备含大气泡土圆柱型样品；

2)通过高精度CT扫描仪，采集步骤1)制备得到的含大气泡土圆柱型样品的三维空间数据；

3)将步骤2)获取得到的三维空间数据导入专业CT图像处理软件中进行三维重构；

4)截取三维重构中的典型代表性部分作为研究样本；

5)针对研究样本，选取等间距的N个水平截面作为水平切片样本，所述水平切片样本将研究样本从上至下均分成N+1层；

6)以含大气泡土圆柱型样品的中轴为圆心，按固定角度β为单位，将每个水平切片样本分为Z个等面积扇区；所述Z＝360/β；

7)将各个等面积扇区中气泡截面面积总和与相应所属扇区的面积之比定义为气泡截面积比η，计算得出各个等面积扇区内的气泡截面积比η_i；