CN113075240A - 一种土样受压微观结构演变规律测试仪及测试方法 - Google Patents

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孙银磊
刘其鑫
许瀚升
汤连生
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Abstract

本发明涉及土壤检测领域，具体涉及一种土样受压微观结构演变规律测试仪及测试方法，包括压缩筒、X射线扫描装置；所述压缩筒内设置有压力柱，所述压缩筒顶部设置有气压接头，所述气压接头通过导气管与气压产生装置相连接；所述X射线扫描装置发出的X射线投射在所述压缩筒上。本发明提供的测试仪结构简单，可以实现对土样内部微观结构包括土颗粒孔隙结构及分布、裂隙的发育程度、颗粒大小变化情况、颗粒排列方式、颗粒接触距离、颗粒接触方式等的动态演变规律的研究，测试精度高。

Description

一种土样受压微观结构演变规律测试仪及测试方法
技术领域
本发明涉及土壤检测领域，具体涉及一种土样受压微观结构演变规律测试仪及测试方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展和城市化规模的不断扩大，地铁、高速公路等大型工程建设如雨后春笋，以开山填洼和人工造地的办法建设的建筑物地基沉降问题突显，这些严峻的问题与土体的压缩有着不可分割的联系。土体受压破坏是其内部土的微观结构演变的宏观表现形式。因此，研究受压土颗粒内部微观结构演变规律，对工程建设有着重要的科学意义。
现有的研究方法存在诸多的局限性：对于土颗粒受压破坏多是从宏观角度考虑，缺乏微观结构动态演变的验证；没有认识到土颗粒孔隙结构及分布、裂隙的发育程度以及颗粒大小、颗粒接触距离、颗粒接触方式改变与土体受压破坏的内在关系；目前还没有受压土颗粒内部微观结构演变规律的测试方法和测试仪器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中问题，提供一种土样受压微观结构演变规律测试仪及测试方法，实现受压土颗粒内部微观结构的测量包括土颗粒孔隙结构及分布、裂隙的发育程度、颗粒大小变化情况、颗粒排列方式、颗粒接触距离、颗粒接触方式等的动态演变规律，测试精度高。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种土样受压微观结构演变规律测试仪，包括压缩筒、X射线扫描装置；所述压缩筒内设置有压力柱，所述压缩筒顶部设置有气压接头，所述气压接头通过导气管与气压产生装置相连接；所述X射线扫描装置发出的X射线投射在所述压缩筒上。
上述测试仪的压缩筒为透明材料制成，X射线扫描装置发射出的X射线经过土样之后由接收装置接收，根据X射线的信号对土样进行分析。上述导气管可以绕着气压接头旋转，如此在测试过程中，压缩筒旋转过程中可以保证导气管的位置不变，确保装置的稳定。压力柱的直径和压缩筒的内径相同，压力柱与压缩筒形成活塞装置，压力柱在压缩筒内活动从而实现对压缩筒内的土样加压。压力柱的高度优选为压缩筒高度的1/5。
优选地，所述压力柱的边缘设置有密封圈。
压力柱在压力的作用下对土样进行施压。密封圈的主要作用是确保密封性，避免在加压过程漏气。密封圈是套设在压力柱上的，在使用时，可以在密封圈上偷摸润滑油，方便压力柱的移动。
优选地，所述压缩筒的内壁上设置有滑轨，所述压力柱沿所述滑轨滑动。
在压缩筒的内壁上设置滑轨，压力柱可以沿着所述滑轨上下移动。滑轨为设置在压缩筒内壁上的导向柱，压力柱的边缘处设置有缺口，滑轨嵌入所述缺口的位置。同时压力柱与压缩筒结合处仍然是密封状态。
优选地，所述压缩筒的底部设置有旋转盘，所述旋转盘上设置有卡口，所述压缩筒的底部与所述卡口可拆卸地连接。
优选地，所述X射线扫描装置包括X射线扫描镜头和信号接收器，所述压缩筒位于所述X射线扫描镜头和信号接收器之间。
一种土样受压微观结构演变规律测试方法，包括以下步骤：
S1.土样制备；
S2.将土样填充至所述的土样受压微观结构演变规律测试仪的压缩筒内；将气压接头与气压产生装置相接，并将旋转盘固定在X射线扫描镜头和信号接收器之间；
S3.打开压力产生装置和X射线扫描镜头，旋转盘每旋转n度，信号接收器对X射线信号接收一次，得到360/n张二维切片图；
S4.将步骤S3得到的二维切片导入三维可视化软件进行三维微观结构重构，分析不同压力下土颗粒孔隙结构及分布、裂隙的发育程度、颗粒大小变化情况、颗粒排列方式、颗粒接触距离、颗粒接触方式等的变化情况。
上述步骤S1中土样的制备，采用振动筛分的方法得到不同粒径范围的土颗粒，用于微观扫描的土颗粒一般小于0.5mm，然后将土颗粒在干燥的环境中密封保存。将土样填充入压缩筒内，较大的土颗粒可以用镊子装进压缩筒内，较小的土颗粒可以用微型漏斗装入。土样填充的体积最好为压缩筒的2/5。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的一种土样受压微观结构演变规律测试仪及测试方法，结构简单，可以实现对土样内部微观结构包括土颗粒孔隙结构及分布、裂隙的发育程度、颗粒大小变化情况、颗粒排列方式、颗粒接触距离、颗粒接触方式等的动态演变规律的研究，测试精度高。
附图说明
图1本发明实施例测试仪立体示意图；
图2本发明实施例测试仪压缩筒纵截面示意图；
图3本发明实施例测试仪压缩筒横截面示意图。
附图标记说明：
1-压缩筒，11-滑轨，12-旋转盘，13-卡口，14-气压仓，15-土样仓，2-压力柱，21-密封圈，3-气压接头，4-导气管，5-气压产生装置，6-X射线扫描装置，61-X射线扫描镜头，62-信号接收器，7-气压表。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～3，本发明实施例中，一种土样受压微观结构演变规律测试仪，包括压缩筒1、X射线扫描装置6；所述压缩筒1内设置有压力柱2，所述压缩筒1顶部设置有气压接头3，所述气压接头3通过导气管4与气压产生装置5相连接；导气管4上设置有气压表7；所述X射线扫描装置6发出的X射线投射在所述压缩筒1上。所述压力柱2的边缘设置有密封圈21。所述压缩筒1的内壁上设置有滑轨11，所述压力柱2沿所述滑轨11滑动。气压柱2将压缩筒1分隔为气压仓14和土样仓15。使用时，土样放入土样仓15内。所述压缩筒1的底部设置有旋转盘12，所述旋转盘12上设置有卡口13，所述压缩筒1的底部与所述卡口13可拆卸地连接。所述X射线扫描装置6包括X射线扫描镜头61和信号接收器62，所述压缩筒1位于所述X射线扫描镜头61和信号接收器62之间。
一种土样受压微观结构演变规律测试方法，包括以下步骤：
S1.土样制备；通过振动筛分的方法得到不同粒径范围的土颗粒，用于微观扫描的土颗粒一般小于0.5mm，然后将土颗粒在干燥的环境中密封保存；
S2.将土样填充所述的土样受压微观结构演变规律测试仪的压缩筒1内的土样仓15内；土样的体积为压缩筒体积的2/5；将气压接头3与气压产生装置5相接，并将旋转盘12固定在X射线扫描镜头61和信号接收器62之间；
S3.打开压力产生装置5和X射线扫描镜头，旋转盘12每旋转0.5度，信号接收器62对X射线信号接收一次，得到720张二维切片图；
S4.将步骤S3得到的二维切片导入三维可视化软件进行三维微观结构重构，分析不同压力下土颗粒孔隙结构及分布、裂隙的发育程度、颗粒大小变化情况、颗粒排列方式、颗粒接触距离、颗粒接触方式等的变化情况。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种土样受压微观结构演变规律测试仪，其特征在于，包括压缩筒(1)、X射线扫描装置(6)；所述压缩筒(1)内设置有压力柱(2)，所述压缩筒(1)顶部设置有气压接头(3)，所述气压接头(3)通过导气管(4)与气压产生装置(5)相连接；所述X射线扫描装置(6)发出的X射线投射在所述压缩筒(1)上。
2.根据权利要求1所述土样受压微观结构演变规律测试仪，其特征在于，所述压力柱(2)的边缘设置有密封圈(21)。
3.根据权利要求1所述土样受压微观结构演变规律测试仪，其特征在于，所述压缩筒(1)的内壁上设置有滑轨(11)，所述压力柱(2)沿所述滑轨(11)滑动。
4.根据权利要求1所述土样受压微观结构演变规律测试仪，其特征在于，所述压缩筒(1)的底部设置有旋转盘(12)，所述旋转盘(12)上设置有卡口(13)，所述压缩筒(1)的底部与所述卡口(13)可拆卸地连接。
5.根据权利要求1所述土样受压微观结构演变规律测试仪，其特征在于，所述X射线扫描装置(6)包括X射线扫描镜头(61)和信号接收器(62)，所述压缩筒(1)位于所述X射线扫描镜头(61)和信号接收器(62)之间。
6.一种土样受压微观结构演变规律测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.土样制备；
S2.将土样填充至权利要求1至5任一项所述的土样受压微观结构演变规律测试仪的压缩筒(1)内；将气压接头(3)与气压产生装置(5)相接，并将旋转盘(12)固定在X射线扫描镜头(61)和信号接收器(62)之间；
S3.打开压力产生装置(5)和X射线扫描镜头，旋转盘(12)每旋转n度，信号接收器(62)对X射线信号接收一次，得到360/n张二维切片图；
S4.将步骤S3得到的二维切片导入三维可视化软件进行三维微观结构重构，分析不同压力下土颗粒孔隙结构及分布、裂隙的发育程度、颗粒大小变化情况、颗粒排列方式、颗粒接触距离、颗粒接触方式等的变化情况。
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孙银磊等: "非饱和土微观结构与粒间吸力的研究进展", 《岩土力学》 *

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