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CT技术在岩土工程研究中的应用

来源:时间:2022-11-15点击数:

1、CT技术的工作原理

CT扫描设备主要由X射线源和探测器组成(见图1),CT技术的基本原理是由物体对于X射线的衰减系数来体现物体的密度。利用X射线管发射出的X射线穿透待测物体截面,通过探测器收集并测定经过某个层截面衰减后的X射线量,根据所获得的X射线量的投影数据,运用数学方法,通过计算机处理,重建特定层面上的CT图像。

图1 CT工作原理流程图

2、CT技术

1972年英国EMI公司首先制成由工程师G.N.Hounsfiel设计的第一台CT扫描机,此后CT技术作为一项尖端的成像技术,已在医学上广泛用于对人体各种病理的透视检查。CT技术因具有无损、动态、定量检测且分层识别材料内部组成与结构信息变化、高分辨率数字图像显示等优点而倍受国内外工程领域及学术界的重视。

CT技术作为一种细观力学实验手段,在物质内部结构检测方面可实现实时、无损检测,检测结果可为细观损伤模型的研究提供可靠的图形基础。利用该技术进行岩土体裂纹演化过程的观察和描述,提高了岩石室内力学试验的价值,对建立岩土体损伤本构关系具有重要意义。随着CT技术和各专业学科的发展需要,该技术在冻土、冰、岩石和各类复合材料的检测分析领域得以应用。上世纪80年代,国外学者Teda等首次将医用CT装置应用于岩石损伤特性的研究中,证明CT技术在检测岩石内部裂纹结构方面优势明显。国内于上世纪90年代中后期将CT技术应用于岩土工程研究中。中科院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室葛修润院士等自行设计、研制成功了与医用CT配套的专用实时力学加载试验装置,可进行不卸载扫描,实现了岩石受载过程中的无损、多层面的实时扫描,克服了该方法在卸载后微小裂纹闭合、重新扫描定位等方面存在的问题,开创了我国岩土体破裂过程CT实时扫描试验的先河。此后,基于室内岩土材料试件CT扫描试验的一系列研究相继开展。目前,CT技术在岩土工程研究中的应用日益深入并取得许多成果。图2为工业CT扫描仪。

图2 工业ct扫描仪

3、CT技术在岩土工程领域的应用

用CT技术研究岩土体受力过程中的裂隙发育岩土体的细观试验研究是一项基础性前沿课题,CT实时检测试验可以为岩土体破坏机理的研究提供可靠的试验手段。目前,国内对岩土工程进行可视化检测的CT机主要是医用的,专用的岩土工程CT机较少,仅中科院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室的CT机和长江科学院水利部岩土力学与工程重点试验室的CT机是岩土工程CT机。目前CT可视化检测在岩土工程研究中的应用主要集中于岩石和特殊土,如黄土、膨胀土、冻土等,相信不久的将来将会扩展到一般的岩土工程研究领域,如加筋土、粗粒料、一般黏土等。


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