[发明专利]一种基于CT扫描的红黏土试样含水率测试方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，尤其涉及一种基于CT扫描的红黏土试样含水率测试方法。

背景技术

我国南方地区气候环境湿热，地质与水文条件复杂，红黏土分布广泛。由于红黏土具有颗粒细、持水能力强等特点，且现行以最大干密度为目标的施工控制含水率远低于平衡含水率，因此，在当地气候环境影响下，红黏土路基内部湿度状态随时间和空间的稳定性差，完工后的路基含水率将增大至某一与气候、水文等条件相适应的平衡状态，从而导致道路整体承载力下降和累计永久变形持续增大，并由此引发道路病害。现场实测表明，南方某高速公路红黏土路基经过17年运营与完工后的状态相比，含水率升高66％，承载力下降了86％。因此，红黏土路基水汽迁移规律的研究是保证路基湿度稳定，提高其耐久性的重要课题，符合国家“十二五”高技术研究发展计划(863计划)将“高耐久的公路基础设施建设技术与装备”的研发列为战略重点的科技导向。目前，很多学者通过测定室内土柱在不同压实度、含水率等初始状态和不同湿度、温度等环境条件下的含水率分布研究路基土水汽迁移规律。所用的土体含水率测定方法有烘干法、电阻法、中子法、γ射线(透射)法或时域反射仪法(TDR法)等。

烘干法是目前国际上测定含水率的标准方法，其结果比较准确。但取样会破坏土体，定点测量时不可避免由于取样位置而带来误差，不可能长期定点监测。电阻法是利用土体两点间的电阻和含水率的关系进行含水率测试。该方法成本较低，能重复使用，可不破坏土体进行连续自动监测。但任何与土体水分变化无关的土体电导的变化也会被检测到，使结果出现偏差。中子法的基本原理是埋入待测土体中的中子源不断发射快中子，快中子进入土体介质与各种原子、离子相碰撞，快中子损失能量，从而导致其慢化。通过测定慢中子云的密度与水分子间的函数关系确定土体中的水分含量。利用中子仪测定土体含水率不破坏土体结构，可定点连续监测。但中子仪垂直分辨率较差，没有特殊措施时，不能测定地表(0～20cm)土体含水率，同时中子仪价格昂贵。γ射线(透射)法利用放射源137Cs放射出γ射线，用探头接收γ射线透过土体后的能量，与土体水分含量换算得到测定值。γ射线法与中子仪法有许多相同的优点，如快速和不破坏土体结构，能连续定点监测，且γ射线比中子仪的垂直分辨率更高。然而，γ射线是原子核被激发而产生，辐射很大。Topp等用TDR测定了脉冲波的传播时间，并得出该传播时间在大部分土体中与土体含水率成比例的结论。TDR仪测定的土体表层的含水率比中子仪所测定的精度要高得多，且快速、准确、安全(无任何辐射)、一般不需标定。但其价格昂贵，在测定时测点要埋设多个探头。

由此可见，上述含水率测定方法中，烘干法和TDR方法无法进行试样含水率的无损测试，电阻法、中子法、γ射线(透射)法虽可无损和连续测试试样含水率，但存在测试精度不高、安全性低或设备昂贵等不足。为此，寻找一种连续、非破坏、安全性更高的红黏土试样含水率室内测定方法，对于研究南风湿热地区红黏土路基的水汽迁移规律和湿度的稳定性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CT扫描的红黏土含水率测试方法，可安全、无损、连续性地观测试件断面的含水率，从而保证试验试件的完整性和观测含水率数据的连续性。

本发明是这样实现的，一种基于CT扫描的红黏土试样含水率测试方法，包括以下步骤：

(1)选取所需直径以及96％、93％和90％三种压实度下对应干密度的若干圆柱试件，各圆柱试件目标含水率从1％开始，按一定的阶梯取若干含水率值；

(2)将所述圆柱试件进行CT扫描，近似按四等分分三层进行；

(3)拾取各断面的平均CT值，并取同一试件三个断面的平均值作为该试件的最终CT值；

(4)复测CT扫描过的试件含水率；

(5)对各试件CT值、测试的试件含水率和选定的试件干密度进行拟合，得到红黏土试样的CT值与含水率和干密度的关系式。

优选地，所述步骤(1)包括以下步骤：

第一步：将制备好含水率为6％以上的土料分五层放进对开模中，每层用小铁棍轻捣，然后放进压力机压实成型，得到含水率为6％以上的96％、93％和90％三种压实度对应的干密度的试件，采用保鲜膜进行密封保水；

第二步：将制备好的含水率为6％的土料分五层放进对开模中，每层用小铁棍轻捣，然后放进压力机压实成型，得到96％、93％和90％三种压实度对应的干密度的试件，然后通过烘箱在30℃下进行烘干，根据试件质量控制试件含水率，使含水率达到6％以下各目标含水率后采用保鲜膜进行密封保水；