[发明专利]一种土样多功能测试协同CT扫描装置及扫描方法

说明书

本发明公开了一种土样多功能测试协同CT扫描装置及方法，应用于力学实验技术领域，该装置整体可放置入CT设备内进行扫描，装置内分为正压仓和夹持区，正压仓内设有传压柱，传压柱将正压仓分隔为上腔和下腔，夹持区用于放置装样器，夹持区设有形变导热弹性膜，传压柱还设有上端循环冷浴通道和上端渗流通道，装样器设有上端控温渗流器、下端控温渗流器、内置渗流通道、下端补液通道、扶正器和压力盒；通过该装置和方法能够同时进行多项测试，在装置内完成测试环境的调节和改变，能够配套适用于CT设备，解决土体CT扫描条件下的细观形态过程动态变化规律研究的问题，为宏观破坏研究提供必要的机理分析基础。

技术领域

本发明涉及力学实验技术领域，特别涉及一种土样多功能测试协同CT扫描装置及扫描方法。

背景技术

中国作为世界上第三大冻土国，冻结深度超过1.5m且对工程有重要影响的季节冻土面积高达3.67×106km2，季节冻土区内的水分渗流、干湿循环、冻融循环、单向冻结等作用对路基土的工程性质有着显著的影响。

夏季高温时期，降雨-辐射-降雨的循环作用导致入渗集聚的雨水能够进一步向路基内部扩散，最终将到达路基顶部路面结构的下部致使水分在这部分路基土中富集，从而导致路面结构下部路基土的含水率逐渐增大，当路基两侧水分扩散贯穿后将会出现全宽路基泥化。路基土性能参数随干湿循环、雨水渗流等影响呈现周期性衰减变化规律，极易产生不稳定性隐患。

冬季低温时期，路基表面温度急剧下降，并与路基底部温度存在一定差值，此时路基土中的水分将自发的从高温的一端向低温的一端发生冷凝迁移，水分大量聚集并形成冰锋面。诱发季节活动层与冻土上限处，水热活动活跃，迁移行为剧烈，厚层地下冰发育，人为工程的扰动将极大影响该区域的水热平衡，继而影响路基的热力稳定，因此水热迁移诱发冻土路基损伤劣化是路面病害的本质原因。

大多假说都是以力学为基础从宏观或者细观方面建立的，较少考虑土体材料的详细变形及破裂过程，尤其是细观层面与宏观层面的行为联系很模糊，从细观角度研究，查明土体渗流、单向冻结和三轴压缩的物理力学性质，可以更深入地揭示高寒高海拔地区路基土的变形特征和灾害机理，利用CT扫描技术对土样变化过程中的内部细观损伤、动态破坏开展信息采集。

目前针对土样的渗流、单向冻结或三轴压缩的协同细观CT研究，主要存在以下两点问题。一是多以间断、不连续扫描为主，具体流程为渗流/冻结/加载测试一次，手动进行CT扫描一次。这种形式的扫描将会改变土体的真实环境，同时扫描存在不固定性，对于后处理分析存在极大的挑战和问题。二是土体的多种测试方式，各试验设备的标准不统一，与CT设备的协同方式不协调配套，同样会对测试结果产生较大影响。所以，设计一种可实现土样多功能测试协同CT扫描的科学实验力学装置，就成为本发明要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述现有设备扫描改变土体真实环境，多种测试方式对对测试结果产生较大影响的不足，提供一种土样多功能测试协同CT扫描装置及扫描方法，通过装置能够同时进行多项测试，在装置内完成测试环境的调节和改变，能够配套适用于CT设备，解决土体CT扫描条件下的细观形态过程动态变化规律研究的问题，为宏观破坏研究提供必要的机理分析基础。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种土样多功能测试协同CT扫描装置，装置上部分设有正压仓且下部分设有夹持区，夹持区用于放置装样器，正压仓内设有传压柱，传压柱设有贯通顶底两端的上端循环冷浴通道，上端循环冷浴通道用于与装样器的内置上循环冷浴通道对接，传压柱的中部向外周凸设有凸环，正压仓通过凸环分隔为上腔和下腔，上腔通过传压柱对外封隔、下腔通过传压柱对夹持区封隔，装置设有与上腔连通的轴向正压进口、与下腔连通的轴向反压进口，传压柱通过上腔和下腔的体积变化相对于装置可向外、向内移动，传压柱向内移动用于与装样器的内置上循环冷浴通道对接、向外移动用于与装样器的内置上循环冷浴通道分离，装置的底部设有与装样器的内置下循环冷浴通道对接的下端循环冷浴通道，装置通过上端循环冷浴通道和下端循环冷浴通道设在上下压头处。