Możliwości wykorzystania wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej w badaniach geologiczno-inżynierskich na przykładzie analizy iłów mio-plioceńskich

• Autorzy: Kaczmarek Ł.

Warianty tytułu

EN

The possibility of using high-resolution X-ray computed microtomography in engineering geology analysis, based on a study of Mio-Pliocene clays

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

EN

The paper considers the use of high-resolution X-ray computed microtomography (μCT) as a possible method in engineering-geological laboratory research for indicating areas of weakness, location of fissures and determining homogeneity of clay samples. Furthermore, the studies were used to provide methodological guidance. Mio-Pliocene (Neogene) clay samples were taken from an excavation site of the Kopernik underground station in Warsaw. First, natural humidity, bulk density and fraction analyses of samples were made. Secondly, μCT scans were conducted, with the use of copper filters. In the final stage of the study, internal structure images for samples were processed and analysed. Furthermore, a numerical model of dry sample was developed. During the study it was observed that the increase of temperature caused by X-ray radiation has a destructive effect on the sample. This effect was eliminated by applying a protective layer on the sample, using engine oil. The article quantifies the ratio of radiation-heated fissure volume to dry sample volume and the natural fissure volume to sample volume. Moreover, sample areas with different densities or chemical composition were studied. The results lead to the conclusion that the μCT technique is applicable to characterise of Mio-Pliocene clay, supplying internal structure assessment and fissure quantification that allow for samples verification to further engineering geology in-depth analysis.

Słowa kluczowe

PL

wysokorozdzielcza mikrotomografia; geologia inżynierska; iły mio-plioceńskie; stacja metra Kopernik

EN

computed microtomography; engineering geology; Mio-Pliocene clay; Kopernik underground station

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Przegląd Geologiczny
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 64, nr 2
• Strony: 105--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys.

Twórcy

autor

Kaczmarek Ł.

• Wydział Geologii, Uniwersytet Warszawski, ul. Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa
• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa

Bibliografia

• [1]. APPOLONI C., FERNANDES C. & RODRIGUES C. 2007 - X-ray microtomography study of a sandstone reservoir rock. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect.A, 580: 629-632.
• [2]. BAKER D., MANCINI L., POLACCI M., HIGGINS M., GUALDA G., HILL R. & RIVERS M. 2012 - An introduction to the application of X-ray microtomography to the three-dimensional study of igneous rocks. Lithos, 148: 262-276.
• [3]. BECKERS E., PLOUGONVEN E., ROISIN C., HAPCA S., LEONARD A. & DEGRE A. 2014 - X-ray microtomography: Aporosity-based thresholding method to improve soil pore network characterization. Geoderma, 219-220: 145-154.
• [4]. BIELECKI J., JARZYNA J., BOŻEK S., LEKKI J., STACHURA Z. & KWIATEK W. 2013 - Computed microtomography and numerical study of porous rock samples. Radiat. Phys. Chem., 93: 59-66.
• [5]. CORMACK A. M. 1963 - Representation of a function by its line integrals, with some radiological applications. J. Appl. Phys., 34 (9): 2722-2727.
• [6]. DOHNALIK M. 2013 - Zwiększenie możliwości wyznaczania parametrów zbiornikowych skał z wykorzystaniem rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej. Rozprawa doktorska, AGH, Kraków: 6-26.
• [7]. DVORKIN J., DERZHI N., FANG Q., NUR A., NUR B., GRADER A., BALDWIN C., TONO H. & DIAZ E. 2009 - From micro to reservoir scale: Permeability from digital experiments. The Leading Edge, 28 (12): 1446-1452.
• [8]. FELDKAMP L., DAVIS L. & KRESS J. 1984 - Practical cone-beam algorithm. J. Opt. Am, 1: 612-619.
• [9]. FUSSEIS F., XIAO X., SCHRANK C. & DE CARLO F. 2014 - Abrief guide to synchrotron radiation-based microtomography in (structural) geology and rock mechanics. J. Struct. Geol., 65: 1-16.
• [10]. GNUDDE V. & BOONE M. 2013 - High-resolution X-ray computed tomography in geosciences: A review of the current technology and applications. Earth-Sci. Rev., 123: 1-17.
• [11]. GORĄCZKO A. & KUMOR M.K. 2011 - Pęcznienie mio-plioceńskich iłów serii poznańskiej z rejonu Bydgoszczy na tle ich litologii. Biul. Państw. Inst. Geol., 446: 305-314.
• [12]. HEAD K.H. 1986 - Manual of Soil Laboratory Testing, Vol. 3: Effective Stress Tests. Pentech Press, London: 743-958.
• [13]. HELJAK M., JAROSZEWICZ J., ŚWIĘSZKOWSKI W. & KURZYDŁOWSKI K. 2009 - Mikrotomografia rentgenowska jako metoda obrazowania w inżynierii materiałowej. Badania Nieniszczące, 1/08/2009: serwis internetowy, www.badania-nieniszczace.info (data odsłony 3.11.2014).
• [14]. KACZYŃSKI R. 2011 - Geologiczno-inżynierskie charakterystyki typowych gruntów występujących w Polsce. Biul. Państw. Inst. Geol., 446: 329-340.
• [15]. KETCHAM R. & CARLSON W. 2001 - Acquisition, optimization and interpretation of X-ray computed tomographic imagery: applications to the geosciences. Comp. Geosci., 27: 381-400.
• [16]. KUMOR M.K. 1985 - Zmiany wytrzymałości i struktury iłu plioceńskiego pod wpływem zamrażania. Arch. Hydrotech., 32: 461-473.
• [17]. MACHADO A., LIMA I. & LOPES R. 2014 - Effect of 3d computed microtomography resolution on reservoir rocks. Radiat. Phys. Chem., 95: 405-407.
• [18]. MIRVIS S.E. 1989 - Applications of magnetic resonance imaging and three-dimensional computed tomography in emergency medicine. Ann. Emerg. Med., 18 (12): 1315-1321.
• [19]. MYŚLIŃSKA E. 1998 - Laboratoryjne badania gruntów (II wyd.). PWN, Warszawa: 37-38; 53-58;105-107.
• [20]. LANDIS E.N. & KEANE D.T. 2010 - X-ray microtomography. Mater. Charact., 61 (12): 1305-1316.
• [21]. OLDENDORF W.H. 1961 - Isolated flying spot detection of radiodensity discontinuities-displaying the internal structural pattern of a complex object. IRE Trans Bio-Med. Electron., 8: 68-72.
• [22]. PKN-CEN ISO/TS 17892-9: 2009 - Badania geotechniczne - Badania laboratoryjne gruntów - Część 9: Badanie gruntów w aparacie trójosiowego Sciskania po nasyceniu wodą.
• [23]. PKN-CEN ISO/TS 17892-10: 2009 - Badania geotechniczne - Badania laboratoryjne gruntów - Część 10: Badanie w aparacie bezpośredniego Scinania.
• [24]. PN 86/B 02480 - Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów.
• [25]. PN-88/B-04481 - Grunty budowlane. Badania próbek gruntu.
• [26]. PLĄSKOWSKI W. 2009 - System X-ray w przemyśle spożywczym. Badania Nieniszczące, 1/08/2009: serwis internetowy, www.badania-nieniszczace.info (data odsłony 3.11.2014).
• [27]. SARNACKAZ. 1992 - Stratygrafia osadów czwartorzędowych Warszawy i okolic. Pr. Państw. Inst. Geol., 138: 4-7.
• [28]. SIJBERS J.C. & POSTNOV A. 2004 - Reduction of ring artefacts in high resolution micro-CT reconstructions. Phys. Med. Biol., 49 (14): N247-N253.
• [29]. STOCK S.R. 2009 - Microcomputed tomography: methodology and applications. Crc Press, Boca Raton: 9-48.
• [30]. TÖLKE J., BALDWIN C., MU Y., DERZHI N., FANG Q., GRADER A. & DVORKIN J.2010 - Computer simulations of fluid flow in sediment: From images to permeability. The Leading Edge, 29: 68-74.
• [31]. VAN DE CASTEELE E. 2004 - Model-based approach for Beam Hardening Correction and Resolution Measurements in Microtomography. Ph. D. Disseration, University of Antwerp, Antwerpen: 4-8.
• [32]. VAN GEET M., SWENNEN R., & WEVERS M. 2000 - Quantitative analysis of reservoir rocks by microfocus X-ray computerised tomography. Sediment. Geol., 132 (1/2): 25-36.
• [33]. WIŁUN Z. 1976 - Zarys geotechniki. Wyd. Komunikacji i Łączności sp. z o.o., Warszawa: 149-224.
• [34]. WYSOKIŃSKI L. 1976 - Kryterium dynamiki zboczy na przykładzie badań brzegów zbiornika Włocławek. Rozprawa habilitacyjna. Wydz. Geol. UW, Warszawa: 43-49.
• [35]. WYSOKIŃSKI L. 2013 - Ekspertyza dotycząca określenia uwarunkowań realizacyjnych przy budowie tuneli szlakowych D13 tarczami zmechanizowanymi TBM pod Skarpą Warszawską podczas budowy odcinka centralnego II linii metra w Warszawie. Metro Warszawskie Sp. z o.o. XRADIA 2010- MicroXCT-200 and MicroXCT-400 User’s Guide. Xradia, Concord.
• [36]. ZALEWSKA J. 2010 - Rentgenowska mikrotomografia komputerowa w badaniu skał węglowych. INiG, Kraków: 19-64.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.