[发明专利]一种基于核磁扫描的CRS温控固结系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于核磁扫描的CRS温控固结系统及方法，属于海洋岩土工程领域。该系统包括连续加荷装置、固结室、温度控制装置、计算机和数据采集与处理系统和核磁共振扫描装置。本发明应用加热制冷器和微型循环泵进行控温；采用耐高温的有机玻璃制作固结室，可以在固结过程中进行核磁共振扫描，观察固结过程中土的微观结构变化；并且采用两个半圆形限位块结合限制加压杆的位移，避免了在核磁扫描时，土体回弹对扫描结果以及后续试验造成影响；有机玻璃材料的使用还有利于在固结过程中观察固结室内，有利于试验的进行。本发明采用恒应变速率固结方法，大大提高了固结试验的速度；本发明还可以探究温度对固结试验的影响。

技术领域

本发明属于海洋岩土工程领域，涉及一种CRS温控固结系统及方法，具体涉及一种可以进行原位核磁扫描土体的CRS温控固结系统及方法。

背景技术

海底海洋土是一种软黏质土，强度极低，吸力锚等结构直接作用于海底海洋土；海洋土中含有硅藻等微生物残骸，结构性较强。海洋土有别于陆地黏土，所以对海洋土各种特性的研究对于海洋资源的勘探与开采具有重要意义。原有的固结试验只能对温度进行控制，在固结结束后将试样取出，放入核磁扫描内进行扫描，但是取样过程不可避免的会对试样产生扰动，外部应力条件发生改变也会对土样造成影响，且无法观察固结过程中的结构变化，这对于强度低、结构性强且含有微生物残骸的海洋土来说，存在着明显的不足之处。

近年来，X光断层扫描和CT扫描已经应用于观察非饱和土颗粒材料，但对于黏土材料，X光断层扫描和CT扫描精度不足以对黏土颗粒及其孔隙进行分辨，不能应用于黏土。核磁共振仪有着分辨率高的优点，且核磁共振仪在对土体进行扫描时不会对土体造成扰动。核磁共振是利用原子核自旋运动的特点，在外加强磁场，用特定频率的射频脉冲，进行激发质子，质子吸收一定量的能而产生共振，停止发射射频脉冲后，被激发的质子，把所吸收的能量逐渐释放出来，用探测器检测并输入计算机，通过某些算法处理、生成图像。在固结试验中，土要完全水饱和，所以氢质子就是很好的信号载体。

基于以上问题，本发明提供一种基于核磁扫描的CRS(恒应变速率)温控固结系统及方法。该系统采用步进式电机，应用加热制冷器和微型循环泵进行控温；采用耐高温的有机玻璃制作固结室，可以在固结过程中进行核磁共振扫描，观察固结过程中土的微观结构变化；将核磁扫描后获得的定向概率熵H_m与固结系数C_v建立联系，对于探究海洋黏土固结的微观机理具有重要意义。

发明内容

为了探究黏土固结过程中微观结构变化，探究温度变化对固结的影响，以及加快固结实验的速度，本发明提出了一种基于核磁扫描的CRS温控固结系统及试验方法。

本发明的技术方案为：

一种基于核磁扫描的CRS温控固结系统，包括连续加荷装置、固结室、温度控制装置、计算机和数据采集与处理系统和核磁共振扫描装置。

所述的连续加荷装置，用于对土体施加荷载；包括加载架4、操作台5、步进式电机6和加压杆7。其中，加载架4固定在操作台5上，其为两个竖向圆杆与水平横梁相连组成的简支梁结构。步进式电机6安装在加载架4的水平横梁中部，步进式电机6下连接轴压传感器2，轴压传感器2下连接一凹槽式螺母8，其凹槽用于限制加压杆7水平位移，便于拆卸；加压杆7杆身进行磨砂处理。高精度测位计1反向固定在步进式电机6上，其测头与加载架4的水平横梁接触，用于测量高精度侧位计与水平横梁的距离，从而得到竖向位移。