2023年CAIA獎一等獎：基于原位加載CT掃描的多相巖土材料三維成像分析技術
完成單位：山東大學、武漢理工大學
完成人：王冀鵬、葛尚奇、程壯、申靜怡
成果簡介：
項目開發了新型多源快速CT掃描系統，在保證高分辨率成像的同時極大地提高了CT掃描三維成像效率；研發了一系列適用于CT掃描的可多場控制原位試驗裝置，實現了原位試驗過程中關鍵狀態的無損化高分辨三維成像；開發了高精度多相巖土材料三維成像分析技術，攻克了傳統CT圖像分析精度低、無法實現多尺度關聯的科學難題；基于CT掃描技術獲得的巖土體宏微觀參數信息，從理論角度實現了巖土體微觀結構與宏觀力學響應的有效關聯。
創新點及科學價值：
（1）開發的多源快速CT掃描系統能在保證成像高分辨率的情況下，將投影采集時間縮短為現有單源CT掃描成像設備的三分之一。該系統能夠開展針對土木、水利和巖土工程中等各類多相巖土材料的微觀結構演化特征的研究。
（2）研發的一系列適用于CT掃描的可多場控制的原位試驗裝置，可在多場原位控制條件下實現多相工程材料的4D顯微成像。該設備為研究材料宏觀行為的微觀機理提供了更加真實準確的實驗手段，可應用于巖土工程、水利工程、交通工程、土建工程、環境工程、材料工程、考古與文物保護工程等多個學科領域。
（3）提出的一系列多相巖土材料圖像精準相位劃分的處理方法與多相-多尺度-四維圖像信息的聯合分析技術達到了國內領先水平，已證實在多類多相巖土材料的分析測試中具備廣泛適用性，如非飽和土、植被根系-土復合體、微生物加固巖土體、混凝土與巖石、催化劑材料、古文物等。
（4）基于CT掃描技術，準確捕捉巖土體內孔隙和裂隙結構及其在應力場和滲流場作用下的演變規律，從理論角度實現了巖土體微觀結構與宏觀本構關系的有效關聯，研究成果對于計算巖土體變形和多相流動等過程至關重要。
社會經濟效益：
本技術已應用于高速公路建設、重點文物保護單位、材料分析和精密儀器設計等領域，解決了材料測試周期與圖像清晰度相互制約，以及分析手段受限等問題，為企業節省測試費用的同時，大大縮短測試工期。
應用前景：
本技術對深入研究實際工程中的多相多場材料的微觀結構演化與宏觀行為之間的響應聯結關系具有重要意義，能極大推動學科交叉與融合研究。可應用于巖土工程、水利工程、交通工程、土建工程、環境工程、材料工程、考古與文物保護工程等多個學科領域。
