CT技術(shù)在巖土工程研究中的應用

1、CT技術(shù)的工作原理

CT掃描設備主要由X射線源和探測器組成（見圖1),CT技術(shù)的基本原理是由物體對于X射線的衰減系數(shù)來體現(xiàn)物體的密度。利用X射線管發(fā)射出的X射線穿透待測物體截面，通過探測器收集并測定經(jīng)過某個層截面衰減后的X射線量，根據(jù)所獲得的X射線量的投影數(shù)據(jù)，運用數(shù)學方法，通過計算機處理，重建特定層面上的CT圖像。

圖1 CT工作原理流程圖（來自支持文獻1）

2、CT技術(shù)

1972年英國EMI公司首先制成由工程師G.N.Hounsfiel設計的第一臺CT掃描機,此后CT技術(shù)作為一項尖端的成像技術(shù)，已在醫(yī)學上廣泛用于對人體各種病理的透視檢查。CT技術(shù)因具有無損、動態(tài)、定量檢測且分層識別材料內(nèi)部組成與結(jié)構(gòu)信息變化、高分辨率數(shù)字圖像顯示等優(yōu)點而倍受國內(nèi)外工程領域及學術(shù)界的重視。

CT技術(shù)作為一種細觀力學實驗手段，在物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測方面可實現(xiàn)實時、無損檢測，檢測結(jié)果可為細觀損傷模型的研究提供可靠的圖形基礎。利用該技術(shù)進行巖土體裂紋演化過程的觀察和描述，提高了巖石室內(nèi)力學試驗的價值，對建立巖土體損傷本構(gòu)關(guān)系具有重要意義。隨著CT技術(shù)和各專業(yè)學科的發(fā)展需要，該技術(shù)在凍土、冰、巖石和各類復合材料的檢測分析領域得以應用。上世紀80年代，國外學者Teda等首次將醫(yī)用CT裝置應用于巖石損傷特性的研究中，證明CT技術(shù)在檢測巖石內(nèi)部裂紋結(jié)構(gòu)方面優(yōu)勢明顯。國內(nèi)于上世紀90年代中后期將CT技術(shù)應用于巖土工程研究中。中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國家重點實驗室葛修潤院士等自行設計、研制成功了與醫(yī)用CT配套的專用實時力學加載試驗裝置，可進行不卸載掃描，實現(xiàn)了巖石受載過程中的無損、多層面的實時掃描，克服了該方法在卸載后微小裂紋閉合、重新掃描定位等方面存在的問題，開創(chuàng)了我國巖土體破裂過程CT實時掃描試驗的先河。此后，基于室內(nèi)巖土材料試件CT掃描試驗的一系列研究相繼開展。目前，CT技術(shù)在巖土工程研究中的應用日益深入并取得許多成果。圖2為工業(yè)CT掃描儀。

圖2 工業(yè)ct掃描儀（來自必應圖片）

3、CT技術(shù)在巖土工程領域的應用

用CT技術(shù)研究巖土體受力過程中的裂隙發(fā)育巖土體的細觀試驗研究是一項基礎性前沿課題，CT實時檢測試驗可以為巖土體破壞機理的研究提供可靠的試驗手段。目前，國內(nèi)對巖土工程進行可視化檢測的CT機主要是醫(yī)用的，專用的巖土工程CT機較少，僅中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國家重點實驗室的CT機和長江科學院水利部巖土力學與工程重點試驗室的CT機是巖土工程CT機。目前CT可視化檢測在巖土工程研究中的應用主要集中于巖石和特殊土，如黃土、膨脹土、凍土等，相信不久的將來將會擴展到一般的巖土工程研究領域，如加筋土、粗粒料、一般黏土等。

支持文獻：

李曉寧,向銘銘,朱寶龍.CT技術(shù)在巖土工程研究中的應用[J].實驗技術(shù)與管理,2016,33(11):80-83

王路君,左永振,孔憲勇,王志強.CT技術(shù)在巖土工程研究中的應用[J].地下空間與工程學報,2009,5(A02):1754-17561775

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供稿：陳奕愷、許曉亮、郭宇、曹旭

排版：趙凌云、譚佳豪