一种用于微米CT扫描的连续增湿装置及使用方法

技术领域

本发明属于岩土工程土工试验领域，具体涉及一种用于微米CT扫描的连续增湿装置及使用方法。

背景技术

不论是生产建设中的岩土体失稳破坏问题还是常见的地质灾害(崩塌、滑坡、地裂缝)，它们的一大重要诱发因素就是水或其他液体进入岩土体后对其力学强度的软化作用，软化作用又宏观表现为湿陷、湿剪及触变液化。因此准确把握液体进入岩土体后对其物理结构、化学成分、应力状态产生了怎样的影响成为了研究工程岩土体失稳及地质灾害问题的重中之重。

目前针对水进入岩土体后带来的软化作用的研究居多，学者们将其概括总结为水敏性问题。对此，部分研究人员重点研究岩土体的宏观力学强度变化，另一部分则侧重研究水进入岩土体后对其微观结构的变化产生了怎样的影响。

微米CT是近年来被引入微观结构研究的重要手段。相较于传统的压汞法(MIP)和扫描电镜(SEM),微米CT是一种新型无损探测技术。它利用锥形X射线束穿过不同物质引起射线不同程度能量衰减的原理，通过X射线强度感应器感应通过试样各部分的X射线束强度，实现快速、直观获得试样详尽三维结构信息的目的。

现阶段实验室进行微米CT扫描时容纳试样的容器结构简单，灵活性差，常见的有塑料空心圆管等。由于这类容器两端开口无法保证扫描过程中试样含水率不发生改变，因而得出的三维重构图像不能真实反映试样在特定含水率下的微观结构特征；同时由于承样容器简单，在研究试样在不同含水率条件下的微结构形态变化问题上，只能利用多个空心圆管分批次扫描不同含水率试样，不仅费时而且无法连续观测试样的微观结构变化，难以厘清液体进入试样后引起微观结构变化的具体情况。综上，在微米CT扫描试验中，准确反映试样在特定含水率条件下及连续增湿过程中的三维微观结构在岩土体工程建设及地质灾害防治中意义重大。

发明内容

本发明的目的在于解决目前常规承样装置无法真实反应试样在特定含水率条件下和连续增湿条件下的微观结构形态的问题，提供一种用于微米CT扫描的连续增湿装置及使用方法，能够解决工程建设中由水引起的岩土体失稳破坏问题和地质灾害防治提供了准确的判据。

为了达到上述目的，一种用于微米CT扫描的连续增湿装置，包括手柄，手柄前部设置有管嘴，手柄内设置有柱塞，柱塞上套设有第一钢丝弹簧，柱塞的后端伸出手柄，柱塞前端设置有管嘴推出环管，管嘴推出环管连接第二钢丝弹簧，管嘴推出环管伸入管嘴内，管嘴推出环管轴面与管嘴密封，管嘴前部设置有一次性吸头，一次性吸头连接软管，软管上设置有止流夹。

手柄上设置有管嘴推出器，管嘴推出器连接第三钢丝弹簧，第三钢丝弹簧连接管嘴推出环管。

柱塞的端部通过操作杆连接活塞按钮，手柄上设置有数字视窗，活塞按钮连接数字视窗。

手柄上设置有手柄握手，手柄上设置有量程标识。

柱塞上套设有脚件。

一次性吸头端部设置有端帽。

一种用于微米CT扫描的连续增湿装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，将一次性吸头安装至管嘴处，确保密封良好；

步骤二，按压活塞按钮到第一停点，将一次性吸头伸入液体液面下，松开活塞按钮，通过一次性吸头吸入液体；

步骤三，打开止流夹，将一次性吸头插入软管中，轻按活塞按钮至第一停点将一次性吸头内液体排至软管内，继续按压活塞按钮至第二停点，将软管内液体排空，保证液体准确转移至试样内；

步骤四，抽出一次性吸头，关闭止流夹，拧紧端帽，完成移液。

旋转活塞按钮以调整移液量程大小，观察数字视窗中的量程显示并确认，确保数字显示在视窗中央。

与现有技术相比，本发明通过按压活塞按钮吸入液体，打开止流夹，将一次性吸头插入软管中，将液体排至软管内，继续按压活塞按钮将软管内液体排空，保证液体准确转移至试样内，完成移液，本发明操作简单，结构灵活，精准度高，解决了无法对小尺度试样连续增湿的同时进行微米CT扫描的问题；实现了一套装置完成取样、增湿、扫描三项试验内容的目标；尽可能的避免了试验过程中对试样的多次扰动，由此获得的扫描数据将更准确的反应试样增湿过程中微观结构的变化情况。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中止流夹的工作示意图；其中，(a)为移液中，(b)为液液后；

其中，1-活塞按钮；2-手柄握手；3-手柄；4-数字视窗；5-量程；6-管嘴推出环管；7-一次性吸头；8-操作杆；9-管嘴推出器；10-柱塞；11-第一钢丝弹簧；12-脚件；13-管嘴；14-端帽；15-止流夹；16-软管；17-胶塞；18-亚克力管；19-试样；20-第二钢丝弹簧；21-第三钢丝弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1和图2，一种用于微米CT扫描的连续增湿装置，包括手柄3，手柄3前部设置有管嘴13，手柄3内设置有柱塞10，柱塞10上套设有第一钢丝弹簧11，柱塞10的后端伸出手柄3，柱塞10前端设置有管嘴推出环管6，管嘴推出环管6连接第二钢丝弹簧20，管嘴推出环管6伸入管嘴13内，管嘴推出环管6轴面与管嘴13密封，管嘴13前部设置有一次性吸头7，一次性吸头7连接软管16，软管16上设置有止流夹15。手柄3上设置有管嘴推出器9，管嘴推出器9连接第三钢丝弹簧21，第三钢丝弹簧21连接管嘴推出环管6。柱塞10的端部通过操作杆8连接活塞按钮1，手柄3上设置有数字视窗4，活塞按钮1连接数字视窗4。手柄3上设置有手柄握手2，手柄3上设置有量程5标识。柱塞10上套设有脚件12。一次性吸头7端部设置有端帽14。

参见图1，移液器部分由内而外主要由六组构件组合而成。

第一组构件为上粗下细的柱塞10与两组外径一大一小的第一钢丝弹簧11和第二弹簧钢丝20共同构成，其作用是利用两段弹簧的压缩特性在移液管内部产生负压，以便于吸取液体。

第二组构件为脚件12与管嘴13，脚件12套于柱塞10下部细杆外部，当上部柱塞10外部第三钢丝弹簧21压缩时将在管嘴13内部产生负压，当第三钢丝弹簧21回弹时负压逐渐消失，液体被吸入移液器。

第三组构件为带有刻度的一次性吸头7，一次性吸头7与管嘴13通过紧密摩擦相接，移液器吸入的液体将储存在吸头7内，每完成一次吸液排液过程应当更换一次性吸头7，避免多次吸入液体混合影响试验结果。

第四组构件为管嘴推出环管6，其作用在于通过管嘴推出环管6的位移自动推出一次性吸头7，避免了人体皮肤与可能沾有腐蚀性液体的一次性吸头7直接接触。

第五组构件由活塞按钮1、手柄握手2、手柄3、数字视窗4、量程5以及操作杆8共同组成，主要承担调节吸入液体剂量和控制液体吸、排的作用，其中活塞按钮1设有两个停点，便于将一次性吸头7内的液体充分排出，量程5表示吸入液体体积在0.5-10μL范围内，旋转活塞按钮1可在数字视窗4观测当前可吸入的液体体积。

第六组构件包括管嘴推出器9和钢丝弹簧11，此部分与管嘴推出环管6锁扣相连，按压管嘴推出器9时钢丝弹簧11压缩，与之相连的管嘴推出环管6将向下位移推出一次性吸头7。

液体运移部分由端帽14、止流夹15和软管16共同组成。端帽14可以在不需要移液时保护软管16内壁清洁环境，止流夹15可根据需要开合控制液体的运移，内径1mm长度10mm的软管16可保证液体不会大量囤积在软管16内部，当二次挤压活塞按钮1时软管16内部液体被完全排出。

承样筒部分主要由两个胶塞17、亚克力管18和试样19组成。两个胶塞17方便取样、去样的同时还保证了移液过程中试样19内部液体无法向外蒸发；内径5mm、高30mm的透明亚克力管18外壁上刻有量程为1mm的刻度将便于计算管内试样19的体积，再结合试样含水率及干密度便可推算出试样19质量，由此可根据具体需求推算出需要加入液体的体积，利用移液器实施精准移液。

实施例：

以对连续增湿的黄土进行微米CT扫描为例叙述具体实施步骤：

1.从原状黄土块体中切取体积不小于10cm

2.将亚克力管18缓慢压入代表试样中，同时观察管壁刻度，取出不超过20mm高的试样19，记录下管内试样19实际高度h，用小刀抹平试样19下方多余的土样，之后拧紧上下两个胶塞17；

3.收集剩余黄土试样，根据GB/T 50123-1999土工试验方法标准测定其天然密度ρ、干密度ρ

4.计算亚克力管18内部的试样19干土质量M

5.旋转活塞按钮1以调整移液量程5至V

6.按压并牢固安装一次性吸头7至管嘴13处，确保密封良好；

7.按压活塞按钮1到第一停点，将一次性吸头7没入准备好的液体液面下2-3mm，轻缓松开活塞按钮1，提出一次性吸头7并在容器壁上停靠一下，以去除多余液体；

8.拧开端帽14、打开止流夹15，将一次性吸头7缓慢插入软管16中，轻按活塞按钮1至第一停点将一次性吸头7内液体排至软管16内，继续按压活塞按钮1至第二停点，将软管16内液体排空，保证液体准确转移至试样19内；

9.缓慢抽出一次性吸头7，关闭止流夹15，拧紧端帽14；

10.按压管嘴推出器9推出一次性吸头7，并抛弃至废弃物容器；

11.将完成移液的亚克力管18及内部试样19放入保湿缸内等待液体充分运移；

12.待液体运移完成后将亚克力管18放入微米CT载物台中央，开始进行微米CT扫描，扫描完成后将扫描数据后利用avizo软件进行三位微观结构重构，观测并统计试样19内部的微观结构特征；

13.取出亚克力管18，重复5-12步直至完成b次增湿；

14.试验结束后拧开端帽14、打开止流夹15、拧开胶塞17，用蒸馏水冲洗亚克力管18及各个部件，清洗完毕放入烘箱烘干等待下次使用。

具体实施步骤可总结如下：利用亚克力管18完成取样，测定试样19的基本物性参数(ρ、ρ