郎颖娴等：玄武岩三维细观孔隙模型重构与直接拉伸数值试验 ·1001· 表2模型计算孔隙率 2数值试样“计算孔隙率” Table 2 Porosities calculated by the numerical model 模型序号 计算孔隙率/% 在上述表征玄武岩三维精细孔隙结构数值模型 试样1 7.78 的基础上，利用统计学方法计算各个模型的计算孔 试样2 8.52 隙率，具体过程如下：通过图2(d)可知，预处理后的 试样3 25.75 CT扫描图像内的黑色像素点代表孔隙，通过统计试 试样4 13.95 试样5 10.43 样预处理CT扫描图像的黑色像素数目N,利用公式 (2)和公式(3)可计算出孔隙体积与模型的计算孔 隙率，计算结果如表2所示.从表2可知试样1孔 3 数值试验结果与分析 隙率最小，试样3孔隙率最大 3.1试样表面裂纹分析 V=N.V (2) 图6为5个试样在直接拉伸试验不同加载步 P.=方×100% (3) (Step)条件下产生拉伸破坏的最终裂纹形态，其中 同一试样的左右两图分别表示在不同视角条件下的 式中，P,为计算孔隙率，V为孔隙体积，N为试样黑色 破坏形态.通过分析可知：在孔隙含量较高的试样3 像素个数，V,为模型单元体积，V。为直接拉伸数值试 中部形成了一条相接的、贯通整个试样的横向宏观 样体积 拉伸破坏裂纹.而在其余试样中，主要产生相互啮 Z方向位移mm Z方向位移mm Z方向位移m Z方向位移ma -3037x101 -5.922x102■ -5.q22x102 -3.037×10 -2564x103 -5.011×102 5.011×102 -2564×10 -4099x102 4.099x102 -2.092x10-3 -2.092x101 -3.188×10 -3.188×10- -1.619x10 -1619x10 -2.277×103 -2277×12 -1.147×10-2 -1.147x10 -1366x10-2 -6.743x103 -6743x1 -1366×10- -4.545x10 4.545x103 -2.018×103 -2018x103 4568×10 4.568x103 2708x103 2.708x103 1368x10 1368×10- 7.433x10 7433x103 2279x103 2.279x10-2 1.216×102 1.216x10-■ Z方向位移mm Z方向位移 Z方向位移mm Z方向位移/mm -3.672×10-2 -3672×102 -3.436×102 -3.436×102 -3.010x10 -3010x10- -2.820x10 -2.820x10 -2348×10-2 -2348×10 -2205×10 -2205×10 -1.686x10 -1.686x10 -1.598×10 -1.598×10 1024x102 -1024×102 -9.735×10 -9.735×10 -3.618x10 -3.618×10 -3.578x10 -3.578x10 3.001×10-1 3001×103 2.578×10 2.578×10 9.621x10 9.621×10 8.734×10 8.734x10 1.24×10- 1.624×10 1.489x10-3 1.489x10- X2.286x10 2286x10 2.105x10 2.105×10 (d) Z方向位移mm Z方向位移mm -3467x101■ -3467×102■ -2.789x102 -2789x102 -2112x10 -2112x10 -1.435x10 -1.35×10 -7.572x10 -7.572x10- -7.977x10- -7.9T7×10 5.976x10 5.976x10 1.275x103 1.275x10 1.952x102 L.952×10 2.630x102 2630×102 y 图6玄武岩试样不同视角下拉伸断裂形态.(a)试样1(Step=18):(b)试样2(Stcp=12):(c)试样3(Step=15):(d)试样4(Step= 15):(e)试样5(Step=15) Fig.6 Crack morphologies of basalt specimens under direct tensile stress:(a)sample 1 (Step=18);(b)sample 2 (Step =12);(c)sample 3 (Step=15);(d)sample 4 (Step=15);(e)sample 5 (Step=15)郎颖娴等: 玄武岩三维细观孔隙模型重构与直接拉伸数值试验 2 数值试样“计算孔隙率冶 在上述表征玄武岩三维精细孔隙结构数值模型 的基础上,利用统计学方法计算各个模型的计算孔 隙率,具体过程如下:通过图 2(d)可知,预处理后的 CT 扫描图像内的黑色像素点代表孔隙,通过统计试 样预处理 CT 扫描图像的黑色像素数目 N,利用公式 (2)和公式(3)可计算出孔隙体积与模型的计算孔 隙率,计算结果如表 2 所示. 从表 2 可知试样 1 孔 隙率最小,试样 3 孔隙率最大. V = N·V1 (2) 籽v = V V0 伊 100% (3) 式中,籽v为计算孔隙率,V 为孔隙体积,N 为试样黑色 像素个数,V1为模型单元体积,V0为直接拉伸数值试 图 6 玄武岩试样不同视角下拉伸断裂形态. (a) 试样1 (Step = 18); (b) 试样2 (Step = 12); (c) 试样3 (Step = 15); (d) 试样4 (Step = 15); (e) 试样 5 (Step = 15) Fig. 6 Crack morphologies of basalt specimens under direct tensile stress: (a) sample 1 (Step = 18); ( b) sample 2 ( Step = 12); ( c) sample 3 (Step = 15); (d) sample 4 (Step = 15); (e) sample 5 (Step = 15) 样体积. 表 2 模型计算孔隙率 Table 2 Porosities calculated by the numerical model 模型序号 计算孔隙率/ % 试样 1 7郾 78 试样 2 8郾 52 试样 3 25郾 75 试样 4 13郾 95 试样 5 10郾 43 3 数值试验结果与分析 3郾 1 试样表面裂纹分析 图 6 为 5 个试样在直接拉伸试验不同加载步 (Step)条件下产生拉伸破坏的最终裂纹形态,其中 同一试样的左右两图分别表示在不同视角条件下的 破坏形态. 通过分析可知:在孔隙含量较高的试样 3 中部形成了一条相接的、贯通整个试样的横向宏观 拉伸破坏裂纹. 而在其余试样中,主要产生相互啮 ·1001·