[发明专利]用于CT扫描原状黄土优先流动态观测装置及使用方法

说明书

本发明公开了用于CT扫描原状黄土优先流动态观测装置及使用方法，该装置可视化的容器内存放黄土，持续加液装置持续的向渗流腔内提供液体，黄土逐渐渗流的过程中，CT能够清晰扫描黄土内的孔隙变化情况与液体的渗流路径等相关参数；该装置结构简单，安装与拆卸方便，自动化程度高。该装置的使用方法采用先进的X射线CT无损检测技术，对持续加湿条件下原状土可视化渗流装置中原状黄土样品进行动态CT扫描，利用AVIZO三维可视化重建平台，对干湿条件下的CT扫描结果进行图像处理、三维可视化重建与孔裂隙特征分析、优先流渗流路径提取，获取孔裂隙优先渗流通道及优先流动态发育规律。

【技术领域】

本发明属于土体渗流实验技术领域，涉及一种用于CT扫描原状黄土优先流动态观测装置及使用方法。

【背景技术】

黄土是干旱半干旱地区的风成沉积物，质地疏松，具有明显的柱状节理和孔洞，这使得黄土成为一种特殊的结构性地质材料，这种结构性直接影响着黄土的力学性质和水力特性。此外，由于黄土形成过程中动植物活动、冻融循环、干湿交替、水化学溶蚀、物理潜蚀等外界因素的作用下，使得黄土中普遍发育大孔隙。

大孔隙的存在，使水分在下渗过程中将首先沿其入渗而绕过大部分基质颗粒，以优先流的形式在短时间内到达土体深层。黄土中优先流的研究对于解释黄土斜坡水分渗流机理、渗流场与应力场分布规律、优先流促滑效应等具有重要的作用。

目前在黄土优先流研究方面已有不少成果，斜坡尺度上主要是利用探地雷达、电阻率层析成像、高密度电法、地震模拟法等无损探测手段进行优势渗流通道探测，然而该类手段只能在表面现象的层面揭示优先流的渗流路径，往往受限于分辨率的影响，难以揭示优先流渗流的细节及本质；渗流小区尺度主要是在染色示踪的基础上，进行剖面开挖和拍照，通过图像处理进一步揭示优先流渗流特征，然而该方法具有破坏性，难以重复，并且费时费力。

众所周知，黄土是一种具有特殊结构的土体，具有较强的孔隙性和各向异性，黄土的微观孔隙裂隙尺度的结构性质决定着宏观水土力学性质与工程地质性质，孔裂隙尺度的优先流研究对揭示宏观渗流规律具有重要的作用，然而传统手段一方面对土体具有破坏性，另一方面难以揭示土体内部三维渗流情况；

随着CT被引进到工业领域，经过多年的发展，现已在石油、地质、机械、材料等多个领域得到广泛应用。虽然CT在土体优先流方面已有不少研究，但多是在静态黄土结构定量化的基础上，利用数值模拟的方法模拟优先流渗流，其容易忽略渗流过程中由于渗透压变化导致的土体结构破坏或孔隙裂隙的拓展发育等信息，从而导致优先流在孔裂隙结构中的真实渗流情况不能被揭示。同时，在对于具有特殊结构性黄土孔隙裂隙尺度优先流的动态渗流研究较为欠缺。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于CT扫描的原状黄土优先流动态观测装置及使用方法；能够精确观测动态渗流条件下，黄土孔隙裂隙结构的损伤演化与拓展发育规律及孔裂隙优势通道中优先流渗流特征。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

用于CT扫描原状黄土优先流动态观测装置，包括基底、原状土可视化渗流装置和持续加液装置；基底包括底板，底板上依次固定设置有实时计重秤和集液烧杯；

原状土可视化渗流装置设置在实时计重秤上，包括渗流腔，渗流腔的上端固定连接有渗流顶盖，下端固定连接有渗流底盖；渗流顶盖内开设有进水储水区，进水储水区的下部固定设置有上透水石；渗流顶盖内设置有进水管，进水管的一端连通至进水储水区，另一端连通至持续加液装置；渗流底盖内开设有出水集水区，出水集水区的上部固定设置有下透水石，渗流底盖内设置有排水管，排水管的一端和出水集水区连通，另一端在集液烧杯的上方；

持续加液装置包括支撑杆和加液瓶，支撑杆固定设置在底板上，加液瓶通过支固板固定设置在支撑杆上；加液瓶的下端连通有导流管，导流管的另一端和进水管连通；

CT扫描原状黄土优先流时，黄土样品安装在渗流腔内；渗流腔选用有机玻璃材质。