一种在ct机扫描床上定量测量岩土断层密度的圆柱盘及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种在CT机扫描床上定量测量岩土断层密度的圆柱盘及其方法。是将装样后的圆柱盘固定在CT机扫描床上，用固定的扫描参数、采集参数、重建参数对标准样进行CT扫描，获得各个标准样的CT断层图像；测量与各标准样等面积所有断层图像的CT值，求得覆盖整个试样各断层CT值的平均数，并做记录；将测量得到的各个标准样的密度值和CT值利用最小二乘法原理进行线性拟合，得到其拟合公式；同样，采用上述条件，测得被测岩土试样的断层区域的CT值，通过拟合公式计算出被测岩土试样该区域的断层密度值。本发明可以准确测量岩土断层密度，极大的减少了CT试验过程当中重定位以及辐射剂量不同引起的试验误差，节省了多次扫描带来的昂贵费用。
【专利说明】一种在CT机扫描床上定量测量岩土断层密度的圆柱盘及 其方法
[0001]
【技术领域】
[0002] 本发明涉及的是一种在岩土试验领域，确切说属于一种在ct机扫描床上定量测 量岩土断层密度的圆柱盘及其方法。
[0003]
【背景技术】
[0004] 岩土的密度是岩土最基本的物理参数，它与岩土的强度、孔隙率、渗透性、抗腐蚀、 变形特性等许多物理力学特性有着密切关系。近年来，国内外利用CT扫描技术来观察试样 内部细观结构变化，研究岩土的众多物理特性。并且在CT岩土试验过程当中需要定量的计 算水、溶液等物质的迁移量，定量计算岩土在不同力学加载状态下的损伤，而获得准确的岩 土断层密度则是解决这些问题的关键，因此研制出一种利用CT扫描技术测量岩土断层密 度的装置和方法，建立岩土断层密度和CT数之间的关系，对于研究岩土的宏观和微观的物 理性质具有极为重要的现实意义。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种在CT机扫描床上定量测量岩土断层密度 的圆柱盘。
[0006] 本发明的另一目的在于提供利用上述圆柱盘测量岩土断层密度的方法。
[0007] 本发明的目的是通过以下步骤实现的： (一) 一种在CT机扫描床上定量测量岩土断层密度的圆柱盘，其特征是圆柱盘丨沿圆周 钻有均等的、放置标准样的安装孔2,孔径为62. Omm，中心圆孔3为被测岩土试样的安装孔， 孔径为62. Omm，，用来放置被测岩土试样； (二） 一种在CT机扫描床上定量测量岩土断层密度的的方法，其步骤是： a_制备不同密度的岩土试样作为标准样；按照土工试验方法标准GB-T50123-1999制 备不同土质的粉质粘土、砂土、砂岩、泥岩作为标准样，标准样形状为圆柱型，直径61. 8mm， 长125mm，试样均匀，无 裂隙，其密度范围在〇. 9~2. 9g/cm3之间； b. 利用称重法称得标准样的质量/?，计算出标准样体积κ，根据公式P = w/v计算出每 个标准样密度，并做记录； c. 将制备的标准样装入圆柱盘1的标准样的安装孔2中，记录各标准样所对应的位 置； d. 将装样后的圆柱盘1固定在CT机扫描床上，根据CT机激光定位线调整圆柱盘位置 使得圆柱盘1位于扫描区域的中心； e. 扫描圆柱盘1，扫描长度覆盖整个标准试样，得到每个标准样所有断层的CT图像，扫 描所用的参数为：扫描电压120kV、电流235raA、层厚3mm、Fov80mm、滤波函数EB ; f. 测量与各标准样等面积所有断层图像的CT值，求得覆盖整个试样各断层的整体CT 值，并做记录； g. 将f.步骤得到的各标准样的整体CT值与步骤b得到的密度值利用最小二乘法进行 线性拟合，得到其拟合公式：7=0. oooar+o. 8898 ;其中Z为CT值，7为试样断层密度值； h. 将被测岩土试样装在圆柱盘孔3中置于CT机扫描床上，用固定的扫描参数：扫描电 压120kV、电流235mA、层厚3mm、F 〇v80mm、滤波函数EB，对被测岩土试样进行CT扫描，得到 被测岩土试样的CT断层图像； i. 测得被测岩土试样的断层区域的CT值，便可通过g.步骤得到的拟合公式： Γ=0· 0008Z+0. 8898 ;其中J为CT值，7为试样断层密度值，计算出被测岩土试样该区域的断 层密度值； 本发明具有的优点和产生的积极效果： (1) 本发明节省了扫描时间和多次扫描所产生的昂贵费用，极大的提高了 X射线的利 用率； (2) 本发明极大的降低了在标准样扫描过程当中的重定位、辐射剂量引起的试验误 差； (3) 本发明可以在不破坏试样的前提下测量试样内部某断层区域的密度，为定量计算 岩土损伤提供一种新的试验方法，测量精度较高； (4) 通过本发明可以定量计算在岩土 CT试验过程当中的水、溶液等物质的迁移量； (5) 本发明可为CT岩土图像进行数字化分割时阈值的选取提供依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明的试验装置示意图； 图2是本发明的试验装置装样后放置在CT机扫描床上的示意图； 图3是本发明的试验方法实施步骤的流程图； 图4是本发明的试验方法实施步骤g.得到的线性拟合公式图。
[0009]
【具体实施方式】： 本发明扫描用的CT机为飞利浦公司的brilliance 16医用螺旋CT 如图1所示，一种在CT机扫描床上定量测量岩土断层密度的圆柱盘1，圆柱盘1为有机 玻璃制成，圆柱盘1沿圆周钻有均等的、放置1?6个标准样的安装孔2,孔径为62. 0mm，中心 圆孔为被测岩土试样的安装孔3,孔径为62. 0mm，，用来放置被测岩土试样。
[0010]下面利用ct扫描技术定量测量岩土断层密度，进而计算岩土损伤及试验过程中 的物质的迁移量给予进一步说明： (二）一种利用CT扫描技术定量测量岩土断层密度的方法，其步骤是： a. 制备不同密度的岩土试样作为标准样；按照土工试验方法标准GB-T50123-1999制 备不同土质的粉质粘土、砂土、砂岩、泥岩作为标准样，标准样形状为圆柱型，直径61. 8mm， 长125mm，试样均匀，无裂隙，其密度范围在〇. 9?2. 9g/Cm3之间； b. 用称重法测量标准样的密度并做记录；利用称重法分别称得各标准样的质量&分 别计算出标准样体积h根据公式分别计算出各标准样密度，密度值取三位有效数 字，并逐一编号，并做记录。测量结果如表1所示； 表1
【权利要求】
1. 一种在CT机扫描床上定量测量岩土断层密度的圆柱盘，其特征在于：圆柱盘1沿圆 周钻有均等的、放置标准样的安装孔2,孔径为62. 0_;中心圆孔为被测岩土试样的安装孔 3,孔径为62. Omm，用来放置被测岩土试样。
2. 权利要求1所述圆柱盘装在CT机扫描床上定量测量岩土断层密度的方法，其步骤 是： a. 制备不同密度的岩土试样作为标准样；按照土工试验方法标准GB-T50123-1999制 备不同土质的粉质粘土、砂土、砂岩、泥岩作为标准样，标准样形状为圆柱型，直径61. 8_， 长125mm，试样均匀，无裂隙，其密度范围在0. 9~2. 9g/cm3之间； b. 利用称重法称得标准样的质量A计算出标准样体积^根据公式Ρ = 计算出 每个标准样密度，并做记录； c. 将制备的标准样装入圆柱盘1的标准样的安装孔2中，记录各标准样所对应的位 置； d. 将装样后的圆柱盘固定在CT机扫描床上，根据CT机激光定位线调整圆柱盘位置，使 得圆柱盘位于扫描区域的中心； e. 扫描圆柱盘，扫描长度覆盖整个标准试样，得到每个标准样所有断层的CT图像，扫 描所用的参数为：扫描电压120kV、电流235mA、层厚3mm、F〇 V80mm、滤波函数EB ; f. 测量与各标准样等面积所有断层图像的CT值，求得覆盖整个试样各断层CT值的平 均数，并做记录； g. 将f.步骤得到的各标准样整体CT值与步骤b.得到的密度值利用最小二乘法进行 线性拟合，得到其拟合公式：7=0. 0008Z+0. 8898其中Z为CT值，7为试样断层密度值； h. 将被测岩土试样装在圆柱盘孔3中置于CT机扫描床上，用固定的扫描参数：扫描电 压120kV、电流235mA、层厚3mm、Fov80mm、滤波函数EB对被测岩土试样进行CT扫描，得到 被测岩土试样的CT断层图像； i. 测得被测岩土试样的断层区域的CT值，便可通过g.步骤得到的拟合公式计算出被 测岩土试样该区域的断层密度值。
【文档编号】G01N9/24GK104297267SQ201310299547
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2013年7月16日
【发明者】陈世杰, 邢莉莉, 马巍, 赵淑萍, 郑剑锋, 杜玉霞, 朱钱涛 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所