为了量化渠基土体中的水分在冻融过程中的迁移及其分布规律,揭示渠基土体的微观冻胀特性,选取渠基土体不同部位的原状土样,进行冻融试验,采用CT扫描技术,监测研究渠基土样冻融过程中的水分迁移及其孔隙水分布规律,进一步探究渠基土体的微观冻胀特性。结果表明:冻融过程中土样深度16～18 cm处的含水率较高,产生了水分积聚。冻结过程中,土体的微观孔隙结构发生了明显变化,同时发生了裂缝的张开和闭合。在融化阶段,由于冻结水快速融化,土体发生融沉,最大融沉量为6.78 mm。研究成果揭示了渠基土体单向冻融过程中的水分迁移规律、孔隙水的分布状态及其冻胀微观特性,为季节冻土区输水渠道的抗冻胀设计提供了理论基础。
CT无损动态扫描技术在土壤领域的成功应用,为冻土内部结构及变化的定量化研究提供了有效手段。通过总结和分析现有关于冻土的基于CT断层扫描图像的研究成果,阐明CT扫描技术在冻土研究中的4个关键环节,即冻土样本的制备、冻土CT图像的获取、冻土CT图像处理及分析,并指出在现有CT技术条件下冻土研究中存在的问题,针对性提出了将先进的图像处理技术与高效的图像分析手段和冻土研究相结合的解决方案,为冻土内部结构的定量研究与分析提供技术指导,进而为CT无损动态扫描技术在冻土领域的广泛应用奠定基础。
介绍了CT扫描技术的特点,回顾了利用CT扫描试验进行冻土研究的历史和现状,包括研制与CT配套使用的用于冻土的辅助设备、利用CT数进行冻土内部结构变化分析、利用CT数定义损伤并进行损伤演化研究、利用CT图像进行细观结构分析等,总结了冻土研究领域的代表性成果.最后,指出在现有的技术条件下利用CT扫描技术进行冻土研究所遇到的问题、以及可能的解决办法.其中,着重介绍了高质量CT图像的获取、CT数的变化与冻土试样感兴趣区域内的各组分变化的联系、冻土CT图像的数字化处理方向.结果表明:CT扫描技术是现阶段对冻土内部细观结构进行无损检测的最理想有效的技术之一,借助辅助设备及图像数字化处理,势必对冻土领域的研究发展起到更大作用.
采用冻土附加损伤的概念 ,给出了冻土在受载荷作用下产生的微裂纹与CT数之间的关系 ,冻土密度与CT数以及冻土内部损伤量与CT数间关系模型 ,并进行了讨论 .采用干土压实饱和的方法制作了无损冻土试样 ,建立了冻土初始损伤的计算模式 ,用该模式计算了不同冻土试样的初始损伤 ,并以饱水分层压实试样为例计算了加载过程中的微裂纹损伤 .