[发明专利]适用工业CT扫描的微型温控非饱和土三轴试验仪及方法

说明书

本发明公开了一种适用工业CT扫描的微型温控非饱和土三轴试验仪及方法，包括装置本体，装置本体底部固定于底座，装置本体顶部设置应变控制装置；装置本体包括竖向设置的有机玻璃外壳，有机玻璃外壳内套设有机玻璃内罩，且有机玻璃外壳与有机玻璃内罩间具有形成真空层的间隙；有机玻璃内罩所包围的空间形成压力室，压力室内具有容置测试样品的试样容置位，试样容置位下方设置加热元件，加热元件与温控设备连接，有机玻璃内罩内侧设置温度传感器，温度传感器与接收器连接。能实现试验样品在不同吸力、不同温度与在不同应力应变条件下暂停加载且同时进行CT扫描，进而得出非饱和土在三轴剪切作用下的微观结构及三相分布的演化规律。

技术领域

本公开属于非饱和土力学研究技术领域，具体涉及一种适用于工业CT扫描的微型温控非饱和土三轴试验仪及方法。

背景技术

工业CT(Computer Tomography)扫描技术(工业计算机断层成像技术)因其无损性的特质从而为分析研究材料内部结构提供了有效的技术手段，并且在各个领域得到了广泛应用。随着该技术的发展，近年来对岩土材料的非侵入性研究变得流行，在非饱和土研究领域产生巨大影响。对于非饱和颗粒材料，X射线断层扫描已被用于研究其微观特征。

目前的工业CT通常是利用X射线穿透试样进行扫描，并辅助以高性能计算机的应用系统实现对试样内部图像的重建。其原理是通过特定的探测器测量X射线穿透试样之后的射线强度，且各个投射方向上各体积单元的衰减系数不同，同时完成射线源、试样、探测器之间的扫描，从而获得重建CT图像所需的完整数据，再按照一定的图像重建算法，即可重建出断面图像。

在使用工业CT扫描技术时，为获得更高的分辨率。由其技术特点可知，一方面应减小射线束焦点大小，但会限制射线的穿透能力；另一方面控制试样的尺寸并确保试样在扫描期间的稳定旋转，但会限制扫描对象的尺寸规格。该类限制在很大程度上影响了对非饱和颗粒材料的微观特性的研究。

传统非饱和土实验设备有两个问题，一是含金属部件，二是对于X射线断层成像技术而言尺寸偏大。金属部件对X射线的穿透性影响较大，且过大的试样尺寸会影响成像的分辨率，进而影响三相微观结构重构时的精确度。采用传统试验设备，都是先采用外部试验，而后再将试验后的非饱和试样从设备中取出，放入工业CT扫描室进行CT扫描。发明人发现，外部试验后在转移土样的过程中会不可避免的对土样产生结构性扰动，进而影响测试结果，测试精度较低，而且三轴试验一旦完成，试验试样的状况是无法调节的。

发明内容

本公开目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种适用于工业CT扫描的微型温控非饱和土三轴试验仪；该三轴试验仪能实现试验样品在不同吸力(不同饱和度)、不同温度与在不同应力应变条件下暂停加载且同时进行CT扫描，进而得出非饱和土在三轴剪切作用下的微观结构及三相分布的演化规律，并在宏观方面通过与测得的应力应变联系，可得出微观结构变化与液体分布演化对其宏观力学性质的影响。

本公开的第一发明目的是提出一种适用于工业CT扫描的微型温控非饱和土三轴试验仪，为实现上述目的，本公开采用下述技术方案：

一种适用于工业CT扫描的微型温控非饱和土三轴试验仪，包括装置本体，装置本体底部固定于底座，装置本体顶部设置应变控制装置；

所述装置本体包括竖向设置的有机玻璃外壳，有机玻璃外壳内套设有机玻璃内罩，且有机玻璃外壳与有机玻璃内罩间具有形成真空层的间隙；所述有机玻璃内罩所包围的空间形成压力室，压力室内设有容置测试样品的试样容置位，试样容置位下方设置加热元件，加热元件与温控设备连接，所述有机玻璃内罩内侧设置温度传感器，温度传感器与接收器连接。

作为进一步的技术方案，所述试样容置位对应于测试样品底部和顶部均设置透水石，顶部的透水石与孔隙气压力孔道连接，底部的透水石与孔隙水压力孔道连接。

作为进一步的技术方案，所述顶部的透水石顶部为第一有机玻璃体，底部的透水石底部为第二有机玻璃体。