CT 扫描参数对岩土图像的影响 - CT理论与应用研究.PDF

第22卷 第 2 期 CT理论与应用研究 Vol.22, No.2 2013年4月（245-254） CT Theory and Applications Apr., 2013 , 陈世杰 赵淑萍, 邢莉莉, 等. CT扫描参数对岩土图像的影响[J]. CT 理论与应用研究, 2013, 22(2): 245-254. Chen SJ, Zhao SP, Xing LL, et al. Affect of CT scanning parameters to the quality of rock and soil tomograms[J]. CT Theory and Applications, 2013, 22(2): 245-254. CT 扫描参数对岩土图像的影响   陈世杰 ，赵淑萍，邢莉莉，郑剑锋，杜玉霞 （中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 冻土工程国家重点实验室，兰州 730000） 摘要：选用四种不同土质试样设计相关试验，利用直接法和间接法结合不同扫描条件下的CT数 变化曲线，研究扫描电压、对准模式、滤波函数、试样尺寸等 CT 扫描参数对岩土试样 CT 图像 的具体影响，研究结果表明：扫描电压和滤波函数对岩土 CT 图像和 CT 数影响较大；对准模式 和重建矩阵对试验结果影响非常小；滤波函数对岩土CT图像的增强或抑制作用取决于所选择的 滤波函数的属性，而与试样的土质无关；最后给出了CT 扫描参数选择的原则，借助于合理的CT 扫描参数，从而提高CT岩土图像的质量，获得相对准确的岩土CT值。 关键词：CT图像质量；CT扫描参数；相对标准差；岩土CT图像 文章编号：1004-4140（2013）02-0245-10 中图分类号：TP391.41 文献标志码：A 岩土材料在力学试验和冻结过程中除了微观结构变化之外，也存在着细观结构的改变， 而这些变化可以通过医用 CT 扫描得以捕捉[1]。正是基于此，自 20 世纪 90 年代以来，国内 外学者将较成熟的医用 CT 检测技术应用到岩土领域，研究岩土材料在不同模拟状态下内部 结构变化全过程的图像，从细观角度研究岩土破坏机理，并取得了一系列研究成果。 杨更社[2－3]等建立了岩石损伤密度与 CT 数的定量关系，推导了用 CT 数表达岩石损伤变 量的公式。葛修润等[4]和任建喜等[5－6]利用新研制的与 CT 机配套的专用加载设备研究煤岩、 裂隙岩体等在各种加卸载情况下岩体内部细观损伤变化过程和扩展规律。丁卫华等[7]提出岩 石密度损伤增量的概念，以岩石密度损伤增量为基础，用数字图像处理技术把 CT图像转换 成密度损伤增量图像，用应力与密度损伤增量关系和密度损伤增量图像分析岩石细观损伤 [8] [9] 过程。在冻土领域，吴紫汪等 和马巍等 利用 CT 手段对冻土单轴和三轴压缩蠕变过程中 各层面的结构变化进行了动态监测，利用 CT 图像和 CT 数值分析，将冻土的细观结构变化 与其应力应变关系联系起来，对冻土变形特征进行探索性的分析。蒲毅彬等[10]通过数学分 析和实验回归推导出冻土 CT 实验的数学方程，将扫描得到的图像 CT 值与冻土相关参数联 系在一起。Torrance[11]通过 CT 扫描技术，对冻结过程中试样内部的结构变化、水分迁移及 冰透镜的形成过程做了观测研究。郑剑锋等[12]将不同土质试样分别以不同冻结方式进行冻 结，并对试样进行了无损 CT 扫描，通过冻结前后的实测 CT 值变化，得出轴向冻结方式对 冻土试样内部含水量的变化影响要小于径向冻结方式。赵淑萍等[13]利用改进后的三轴仪对 收稿日期：2012-10-10。 基金项目：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所青年基金（NO.51Y251B91；Y251991001）；国家自然科 学基金项目（NO41023003；冻土工程国家重点实验室自主课题 （Y252J81001；SKLFSE-ZQ-09）。 246 CT理论与应用研究