基于CT扫描的非饱和砂土水分特征研究

发布时间：2021-09-19 05:54

　　在水文循环中,砂土是地表水和地下水的纽带,具有重要的作用,尤其对于缺水的干旱地区。因此研究非饱和带中的砂土水,对生态环境和水土保持具有重要意义。目前,在土壤物理领域,利用CT扫描确定土壤水力性质的研究基本处于空白状态。应用工业CT大型高分辨率仪器来定量研究多孔介质的微观结构和流体运动规律,已成为地学和材料学领域的新兴研究方向。本研究利用最新的工业CT扫描仪器XTH225ST,对5个砂土样品（石英砂、地大粗砂）进行高分辨率扫描进行砂土微观结构的研究。本次试验使用VG-Studio和ImageJ软件对图像进行处理,可以识别出固体颗粒、水和空气的分界面,统计粒径分布和截面含水率。扫描对比4种粒径石英砂样品,发现大型CT扫描仪XTH225ST可以扫描的最优粒径为1-2 mm。由定量获得的孔隙率可知,随粒径的减少砂土的总孔隙率也随之增大。基于人工识别和VG-Studio软件的传输现象模块对CT扫描图像进行识别,定量识别了砂样的等效毛细管直径和等效毛细水柱的直径。结果表明,同一砂柱中毛细水的平均等效直径小于毛细管平均等效直径。不同粒径的砂样,在其他条件相同的情况下,随着粒径的增加,平均孔隙直径也随... 

【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

XTH225ST大型CT扫描仪

本试验是在中国地质大学（北京）微焦点工业 CT 扫描实验室进行并完成的。使用的仪器是英国 NIKON 公司生产的 XTH225ST 扫描仪，见图 2-1 所示。XTH225ST 扫描仪内部装置图，如图 2-2 所示，该扫描仪是工业 X 射线和 CT 扫描的集合体，可以无损的检测二维以及三维的结构。其中，对于样品的识别分辨率最小可达 3 μm。XTH225ST 扫描仪发射靶最小焦点为 3 μm，X 射线管电压 200 kV，功率 40 W，空间分辨率为 298，密度分辨率为 1.27%。它配备了 3 个 X 射线源，分别是：225 kV 反射靶、225kV 旋转靶、180kV 透射靶，微焦点 CT 扫描仪的装置示意图，如图 2-3 所示。由 X 射线源发出的锥束 X 射线，穿过样品后在探测器上形成一张透射图，探测器把这幅图记录下来，并送到工作站进行处理，这一过程为采集透射图片。一般每秒采集一张照片，单个样品的扫描时间是 40-60 分钟，单个样品需要采集 3143 张透射照片。然后运用 CD-Pro 软件（英国）对所收集的透射图片进行 3D 重构，最后再利用 VG Studio 体积可视化软件提取所需要的信息。

图 2-6 CT 扫描后的原始图片图像分析的需要，采用体积可视化软件 VGStudio 对 X-rayC处理和输出，并从处理后的图像中提取出结构数据。选用的版Studio 软件是目前世界上最先进的体积可视化软件之一，主业 CT 扫描后的数据。所示，显示的是 VGStudioMAX3.0 软件的启动界面，由 Vol高端软件，研发的主要目是针对工业 CT 扫描实现 CT 数据据进行前处理，从 VG Studio MAX 1.0 到 VG Studio MAX也逐步实现了多个附加模块的研发，如测量坐标、对孔隙率及厚度、分析纤维复合材料的结构等等。前处理过程中，只需标模块。


本文编号：3401152