[发明专利]在力学加载过程中利用CT扫描技术定量测量冻土试样体积变形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在力学加载过程中的某一时刻利用CT扫描得到的二维CT图像来定量测量冻土试样体积变化量的试验方法。

背景技术

在CT实时动态扫描的冻土力学试验过程中，试样在不同受力条件下的体积变化量是较为重要的物理参数，并且现有的很多本构模型计算中也是把该参数作为已知变量来使用。同时它在很大程度上决定着单轴或三轴受力条件下的粘塑性阶段的宏观力学特征，传统测量冻土体积变化量的方法是通过三轴加载装置控制围压加卸载的计量缸排进/排出压力室的油量值来间接测量得到试样受载后的体积变化量，但是该种方式并没有考虑由于压力变化所引起的连接管线（高压油管）发生膨胀所引起的误差量，连接管线越长这种误差越大，这势必会影响最终的试验结果使得测试数据不准确。同时该种方法也只适用于三轴力学试验，并不适用于单轴加载试验。为了解决上述问题，设计出一种在力学加载试验过程中利用CT扫描技术测量冻土试样的体积变形量的方法具有极为重要的现实意义。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种在力学加载试验过程中利用CT扫描技术定量测量冻土试样的体积变形量的方法

本发明的目的是通过以下步骤实现的：

一种在力学加载过程中利用CT扫描技术定量测量冻土试样体积变形的方法，其步骤是：

a. 按照土工试验方法标准GB-T50123-1999制备直径为61.8mm，长为125mm圆柱型标准土样；

b. 将制备好的常温标准土样放入冷库中，在-30℃条件下迅速冷却24小时后，放入恒温箱中按照试验设定温度-3.4℃恒温24小时，制得冻土试样

c. 测得冻土试样的长度及直径，计算出初始状态下试样的体积V₀，并做记录；

d. 将恒温后的冻土试样样装入与CT机配套使用的冻土三轴仪中，打开三轴仪的制冷设备迅速制冷，待温度稳定至试验设定温度时，将冻土三轴仪连同冻土试样一起放置在CT机扫描床上；

e. 调整CT机床及三轴仪的位置，使得试样位于CT机激光定位线扫描区域的中心；

f. 按照试验要求设定力学加载参数，其中加载控制方式为等应变控制，加载速率为0.3mm/min，围压设定为1MPa，对冻土试样进行力学加载，当应变值达到4%时需要CT扫描时，在不中断力学试验的条件下对试样进行CT扫描，扫描长度覆盖整个冻土试样，得到在应变为4%时的试样所有断层的CT图像，并记录扫描参数；

g. 依次测量CT图像上各断面的试样面积，按照公式：，求得i时刻冻土试样的体积，并做记录；

h. 按照公式：，计算得出i时刻冻土试样的体积变化率。

本发明具有的优点和产生的积极效果：

（1）本发明利用现有的CT扫描技术和现成的冻土三轴仪，定量测量冻土试样的体积变形量，并从公式计算出冻土试样的体积变化率，方法简单，测量精度较高，它解决了三轴加载装置控制围压加卸载的计量缸管线膨胀所引起的体积变形量测量误差较大的问题；

（2）本发明是进行冻土试验前期基础性的工作，对于今后研究分析冻土试样的体积变形过程中含水量、干密度分布和冻结黏土变形特性的变化提供技术支撑，在冻土试验中呈承前启后的作用。

附图说明

图1是本发明试验方法实施步骤的流程图；

具体实施方式:

本发明扫描用的CT机为飞利浦公司的Brilliance 16医用螺旋CT；试验用冻土三轴仪可在CT扫描床上实现三轴力学全过程试验，采用等应变和等应变两种不同加载方式，自动记录试验过程荷载及位移，通过变更加载速率，可实现阶梯加载试验；试验过程中配合CT机随时对试样进行不同条件的CT扫描，分析样品内部密度及结构的变化。

一种在力学加载过程中利用CT扫描定量测量冻土试样体积变形的方法，其步骤是：

a. 试验选用的土质为兰州黄土，取自甘肃境内永登至古浪高速公路永登县某取土场附近，其液限为26.29%，塑限为18.24%，定名为低液限黏土，按照土工试验方法标准GB-T50123-1999制备直径为61.8mm，长为125mm圆柱型标准土样；