原位CT在地质岩石领域的应用

相较于传统的岩石分析手段， CT是一种高效率、无损的数字岩心物理建模工具。从实验室的孔隙表征、损伤研究，到产业应用中的质量筛检、无损检测。CT让人类对地质岩石的探索与应用更进一步。

一、什么是原位CT

与传统CT相比，原位CT（In-situ CT）利用X射线断层扫描技术对试样在加载温度场、载荷等原位环境下的内部结构进行三维分析，从而将材料内部的损伤演化过程三维可视化。

（原位CT的结构示意图）

二、地质岩石做原位CT的优势

1. 微米级动态无损表征

原位CT技术能够以非破坏性的方式获取岩石内部的三维结构信息，不会破坏样本的完整性，保留了岩石的原貌；同时以微米级分辨率揭示各部位裂纹的空间位置及其萌生、扩展、贯通演化的过程，有助于更真实地了解岩石的特性。

2. 数字岩心量化分析

原位CT扫描获取的高质量检测结果，能够帮助研究人员进行深度分析，更好地进行孔隙结构研究和基质特性测定。

（玄武岩内部孔隙球棒模型）

3.高温高载原位环境

原位CT能够模拟高温2000℃、载荷8.5T等各种热力耦合服役工况，帮助研究人员深入了解岩石在极端条件下的力学行为，为地质岩石领域提供了独特的洞察力和监测手段。

（显微CT XLAB-2000）

三、前沿研究成果

原位CT技术的不断发展使得地质岩石力学的研究取得了重大的突破，并涌现了一批前沿成果，进一步证明了原位CT技术在地质岩石领域的应用优势。

挪威奥斯陆大学Renard^[1]等人利用欧洲同步辐射光源对实验室三轴试验破裂过程中微裂纹动态演化和变形场进行了高精度CT扫描观测和定量化分析，弥补了前人对岩石破裂过程精细定量化研究的不足。

（不同加载阶段微裂纹体积变化及统计特征）

李兆霖^[2]等对真三轴应力环境下试样压缩破裂过程进行了实时CT扫描，分析了试样破裂过程中内部裂隙扩展演化规律，揭示了岩石真三轴破裂演化机理。

（CTT 条件下岩石内部裂纹形态的空间三维CT特征）

（TTT 条件下岩石内部裂纹形态的空间三维CT特征）

（TTT－c2条件下岩石内部裂纹形态的空间三维CT特征）

（TTT－c3条件下岩石内部裂纹形态的空间三维CT特征）

四、我们的成果

如今，高性能显微CT搭配多功能原位装置，不仅可以实现微米级成像，还可以实现2000℃高温、-100℃低温、高载荷拉伸、压缩等多种极端服役环境，对于地质科学领域的研究者来说，是构建动态数字模型，高效率质量检测的不二选择。

案例展示：

岩土 室温压缩原位CT试验

参考文献

[1] Renard F, McBeck J, Kandula N, et al. Volumetric and shear processes in crystalline rock approaching faulting[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019, 116(33): 16234-16239.

[2]李兆霖,王连国,姜崇扬等.基于实时CT扫描的岩石真三轴条件下三维破裂演化规律[J].煤炭学报,2021,46(03):937-949.

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