Micro X-ray CT를 이용한 글라스 비드의 3차원 간극 구조 정량화

Abstract

무질서하고 불균질한 형상을 갖는 지반 재료 내 간극 구조는 하중에 의한 재료의 변형 및 간극 내 유체의 흐름 등 물리 역학적 거동에 중요한 영향 인자이다. 최근 들어 X-ray CT에 의한 비파괴 검사를 통해 지반 재료의 내부 구조를 마이크로미터 단위의 높은 해상도를 통해 평가하는 기법이 사용되고 있다. CT 이미지는 재료의 많은 정보를 포함하고 있음에도 그에 따른 이미지 해석 기법의 개발이 다소 미흡하여 2, 3차원 이미지의 정성적 관찰 및 간극비와 같은 거시적인 물성치 획득만이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 연속적으로 획득된 글라스 비드의 2차원 CT 이미지에 기반하여 3차원 입자 및 간극 구조를 형성하고, 복잡한 간극구조를 간극셀과 간극채널로 정량적 분리를 실시하였다. 이를 위해 좌표 변환법, 이진화, 들로네 삼각망, 그리고 유클리디안 거리변환법과 같은 이미지 프로세싱 기법을 3차원 CT 이미지에 적용하였고 불균질한 글라스 비드의 간극구조에 대해 정량적으로 간극셀의 분포 및 간극간의 연결도 평가가 가능함을 확인하였다. The random and heterogeneous pore structure is a significant factor that dominates physical and mechanical behaviors of soils such as fluid flow and geomechanical responses driven by loading. The characterization method using non-destructive testing such as micro X-ray CT technique which has a high resolution with micrometer unit allows to observe internal structure of soils. However, the application has been limited to qualitatively observe 2D and 3D CT images and to obtain the void ratio at macro-scale although the CT images contain enormous information of materials of interests. In this study, we constructed the 3D particle and pore structures based on sequentially taken 2D images of glass beads and quantitatively defined complex pore structure with void cell and void channel. This approach was enabled by implementing image processing techniques that include coordinate transformation, binarization, Delaunay Triangulation, and Euclidean Distance Transform. It was confirmed that the suggested algorithm allows to quantitatively evaluate the distribution of void cells and their connectivity of heterogeneous pore structures for glass beads.