X線CTによる不均質地盤材料中の汚染物質の拡散・分散現象の分析

利用X射线CT分析污染物在异质地面材料中的扩散和弥散现象

基本信息

批准号：
15760613
负责人：
佐藤晃
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760613/
关键词：
X線CT 不均質材料拡散分散可視化トレーサー

项目摘要

環境問題が広域化・複雑化する中で、環境汚染の予見・予防・保全技術に関する総合的な研究への展開が緊急に求められている。しかし、土壌や岩石と言った地盤材料内部での地層汚染問題、つまり汚染物質の地盤材料中での拡散・分散については未解明の点が多く、かつ研究方法も十分に確立されていないのが現状である。汚染物質の拡散・分散の主たる経路として考えられるのが地盤材料中に存在する亀裂であり、亀裂内の流れを大きく支配するのが亀裂の開口幅である。そこで、本研究では、まず、X線CT(X-ray Computed Tomography)画像データを用いて不均質材料中に存在する亀裂の開口幅を評価する方法を提案し、その有効性について検討した。まず、開口幅が既知の平板亀裂に対して亀裂開口幅評価法を適用し、画像解析による評価法の精度を検討した。さらに、亀裂表面形状が複雑な割裂亀裂に同方法を適用し、3次元測定器による表面計測結果と比較検討した。いずれの場合も0.05mm程度の精度で亀裂開口幅を評価できることを示しX線CTによる非破壊評価法の有効性を示した。次に、岩石内部での汚染物質の拡散・分散現象をX線CTを用いて可視化した。汚染物質の移流・拡散現象を分析するためには、拡散による影響、分散による影響を個々に分析する必要がある。そこで、停止拡散実験により拡散係数を、さらにその結果を基に1次元流れ場における分散定数の評価を評価する一連の評価システムを開発した。さらに本研究では、X線CTスキャナーで分析可能な高密度造影剤を開発した。その結果、試料内部での密度分布の経時変化から具体的に拡散係数ならびに分散係数を定量的に評価できることを示した。

随着环境问题变得更加普遍和复杂，迫切需要对预测、预防和保护环境污染的技术进行全面的研究。然而，对于土壤、岩石等地表物质内部的地质污染问题，即污染物在地表物质内部的扩散和扩散问题，目前还存在很多未知数，研究方法也尚未完全建立。地面材料中的裂缝被认为是污染物扩散和分散的主要途径，裂缝开口的宽度在很大程度上控制着裂缝内的流动。因此，在本研究中，我们首先提出了一种利用 X 射线计算机断层扫描 (CT) 图像数据评估异质材料裂纹开口宽度的方法，并检验了其有效性。首先，我们将裂纹开口宽度评估方法应用于已知开口宽度的平板裂纹，并使用图像分析检查评估方法的准确性。此外，对裂纹表面形状复杂的劈裂裂纹也采用同样的方法，并与三维测量装置的表面测量结果进行比较。在这两种情况下，都能以约0.05毫米的精度评估裂纹张开宽度，证明了使用X射线CT无损评估方法的有效性。接下来，我们使用X射线CT来可视化污染物在岩石内部的扩散和分散现象。为了分析污染物的平流和扩散现象，需要分别分析扩散和弥散的影响。因此，我们开发了一系列评估系统，通过停止扩散实验评估扩散系数，并根据结果评估一维流场中的色散常数。此外，在这项研究中，我们开发了一种可以用 X 射线 CT 扫描仪进行分析的高密度造影剂。结果表明，可以根据样品内部密度分布的时间变化来定量评估扩散系数和分散系数。