Modelling with Transparent Soils: Visualizing Soil Structure Interaction and Multi Phase Flow, Non-Intrusively

فرض اساسی این تک نگاری این است که مواد مصنوعی شفاف با خواص ژئوتکنیکی مشابه خاک های طبیعی می توانند برای مطالعه تغییر شکل سه بعدی و مشکلات جریان در خاک های طبیعی استفاده شوند. خاک های شفاف را می توان با تطبیق ضریب شکست مواد مصنوعی خاک و سیال منفذی ساخت. این تک نگاری رفتار ژئوتکنیکی چندین خانواده از خاک های شفاف را ارائه می دهد که می توانند برای برآورده کردن الزامات آزمایش مدل، از نظر مقاومت، تغییر شکل، یا نفوذپذیری ترکیب شوند.

\"مدل سازی با خاک های شفاف\" نشان می دهد که چگونه یک سیستم نوری متشکل از یک نور لیزر، یک دوربین CCD، یک قاب‌گیر و یک کامپیوتر شخصی می‌تواند برای اندازه‌گیری تغییر شکل‌های فضایی در مدل‌های خاک شفاف به صورت غیر نفوذی استفاده شود. مدل های خاک شفاف با استفاده از ورقه نور لیزر به صورت نوری برش داده می شوند. یک الگوی لکه ای متمایز از تعامل نور لیزر و خاک شفاف ایجاد می شود. یک میدان تغییر شکل دوبعدی از دو تصویر لکه ای با استفاده از تکنیک پردازش تصویر به نام همبستگی تطبیقی ​​که شکل پیشرفته ای از الگوریتم همبستگی تصویر دیجیتال (DIC) است که از هر دو روش اندازه پنجره و تغییر پنجره استفاده می کند، به دست می آید. این مونوگراف نشان می‌دهد که مقایسه میدان‌های تغییر شکل دوبعدی بین خاک شفاف و خاک طبیعی نشان داد که نتایج تقریباً از هر جنبه قابل مقایسه هستند. فیلدهای سه بعدی را می توان با ترکیب چندین فیلد دو بعدی در Matlab تولید کرد.

آزمایش‌های جریان چند فازی و فلاشینگ سورفکتانت نیز با استفاده از سیستم‌های خاک شفاف لایه‌ای و چندین آلاینده شبیه‌سازی شدند. فناوری توسعه‌یافته امکان تجسم غلظت آلودگی و ارزیابی عملکرد فن‌آوری‌های اصلاح را در آزمایش‌های مدل مقیاس می‌دهد.

The fundamental premise of this monograph is that transparent synthetic materials with geotechnical properties similar to those of natural soils can be used to study 3D deformation and flow problems in natural soils. Transparent soils can be made by matching the refractive index of synthetic soil materials and the pore fluid. This monographs presents the geotechnical behaviour of several families of transparent soils that can be combined to meet model-test requirements, in terms of strength, deformation, or permeability.

"Modelling with Transparent Soils" demonstrates how an optical system consisting of a laser light, a CCD camera, a frame grabber, and a PC can be used to measure spatial deformations in transparent soil models non-intrusively. Transparent soil models are sliced optically using a laser light sheet. A distinctive speckle pattern is generated by the interaction of the laser light and transparent soil. A 2D deformation field is obtained from two speckle images by using an image processing technique named adaptive cross-correlation, which is an advanced form of the digital image cross-correlation (DIC) algorithm that utilizes both window sizing and window shifting methods. The monograph demonstrates that comparison of 2D deformation fields between transparent soil and natural soil showed that the results were comparable in almost every aspect. Three dimensional fields can be produced by combining multiple 2D fields in Matlab.

Multiphase flow and surfactant flushing tests were also simulated using a layered transparent soil systems and several contaminants. The developed technology allows for visualizing the contamination concentration and evaluating the performance of remediation technologies in bench scale model tests.