工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置，属于岩土力学试验技术领域。包括轴压系统、围压系统和物理量测量系统，轴压系统包括刚性立柱、上横梁、下横梁、连接螺母、活塞、刚性传力杆和数据导线，围压系统包括压力室、加压产生管、试样排水管、加压排气管、透水石、充油管、增加器、油箱、储水箱、油管阀门、加压口阀门、储水箱阀门和排气口阀门，物理量测量系统包括压力传感器、荷载控制器、位移传感器和数据导线。这三个系统置于CT转台上，由射线源发出X射线，穿透压力室筒壁和试样，被探测器接收，传输到计算机进行试样精细图像的重构。该装置解决了岩土体试样在加载变形过程中内部结构形态的可视化和数字化表征问题。

Portable Real-time Loading Test Device for Geotechnical Mechanics Matched with Industrial CT Machine

The invention provides a portable real-time loading test device for geomechanics matched with an industrial CT machine, which belongs to the technical field of geomechanics test. It includes axial pressure system, confining pressure system and physical measurement system. The axial pressure system includes rigid column, upper cross beam, lower cross beam, connecting nut, piston, rigid force transfer rod and data conductor. The confining pressure system includes pressure chamber, pressure generating pipe, sample drainage pipe, pressure exhaust pipe, permeable stone, oil filling pipe, adder, oil tank, water storage tank, oil pipe valve, pressure outlet valve, etc. The physical measurement system includes pressure sensor, load controller, displacement sensor and data wire. The three systems are placed on the CT turntable, and X-ray is emitted from the ray source, which penetrates the wall of the pressure chamber and the sample, is received by the detector, and is transmitted to the computer to reconstruct the fine image of the sample. The device solves the problems of visualization and digital characterization of the internal structure of rock and soil samples in the process of loading and deformation.

【技术实现步骤摘要】
工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置
本专利技术涉及岩土力学试验
，特别是指一种工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置。
技术介绍
室内三轴试验是研究岩土体在应力作用下变形破坏机制的最佳手段，通过布置在试验机上的多种传感器来获取反映试样宏观力学性质的应力应变响应，但却无法获知试样内部的变形破裂机制。针对三轴试验机的缺陷，前人先后用电子显微镜、声发射和X射线CT三种方法应用于岩土测试当中。然而，扫描电子显微镜受矿物颗粒效应影响明显，只能实时观测到试样表面的变形情况，并且要求测试的试样较小(最大尺寸5cm)，不具有代表性；声发射技术主要通过记录岩石局部应力集中区能量快速释放而产生的瞬态弹性波来反演试样的破裂机制，但是声发射频率、震幅等指标与试样破裂过程中裂纹的特征参数难以建立关系，且测试过程受外界噪声干扰影响大，反演过程多具有不确定性。计算机断层成像技术(CT)能对被检测体断层中某些特性进行定量研究，由于可以进行多层扫描且具有无损检测等优点而受到国内外岩土界的重视。传统的CT加载装置多平置于医用CT机内进行扫描试验，然而医用X射线CT机射线能量小(80～140Kev)，不能对大尺度的岩土试样进行精细扫描，并且在裂纹的动态演化识别方面也面临很大的困难。加外，传统的医用CT配套加载设备多采用合金铝材制作三轴压力室，合金铝材料对X射线的吸收较强，加之医用CT所用X射线的穿透力弱、分辨率低等不足，导致获得试样加载过程中的裂纹演化发展规律变得十分困难。伴随着工业CT以及高能加速器CT的成功研制，岩土体在力场作用下内部破裂演化的精细扫描成为可能，研制专门的试样三轴加载装置，进行试样测试过程中的边加载边扫描是认识地质体复杂应力条件下变形破裂的重点，因此研制高能量工业CT机配套的岩土力学加载装置是试验成功的关键。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置。该装置包括轴压系统、围压系统和物理量测量系统，轴压系统包括刚性立柱、上横梁、下横梁、立柱螺母、活塞、刚性传力杆和数据导线，刚性立柱与上横梁和下横梁通过立柱螺母进行固定，活塞经由压力传感器和刚性传力杆相连，刚性传力杆将荷载作用于位移传感器进而对试样加压；围压系统包括压力室、加压产生管、试样排水管、加压排气管、透水石、充油管、增加器、油箱、储水箱、油管阀门、加压口阀门、储水箱阀门和排气口阀门，压力室外部为压力室筒壁，加压产生管、充油管穿过压力室顶板部进入压力室内，试样排水管、加压排气管穿过压力室底部进入压力室内，压力室顶部与下横梁通过下横梁螺杆连接，并配以下横梁螺母固定，压力室底部和水平底板由底板螺杆连接，并配以底板螺母固定，压力室顶部和下横梁由上无氧铜密封圈相连密闭，压力室底部和水平底板由下无氧铜密封圈相连密闭，试样下部设置透水石，透水石置于垫块上，加压产生管连接增压器，加压产生管和增压器之间设置加压口阀门，充油管连接油箱，充油管和油箱之间设置油管阀门，试样排水管连接储水箱，试样排水管和储水箱之间设置储水箱阀门，加压排气管上设置排气口阀门；物理量测量系统包括压力传感器、荷载控制器、位移传感器和数据导线，应力传感器和位移传感器的数据分别由荷载控制器和位移控制器记录，位移传感器由数据导线穿过刚性传力杆，放置于下横梁上。轴压系统、围压系统和物理量测量系统置于CT转台上，射线源发出X射线穿透压力室筒壁和试样，X射线被探测器接收。单轴试验时不施加围压，加压口阀门、排气口阀门和油管阀门处于打开状态；进行三轴试验时，试样封装安放在压力室中，由油箱向压力室中充液至充满，关闭油管阀门，增压器向压力室中泵入围压，达到预设压强时关闭加压口阀门，试验结束时打开加压口阀门、油管阀门和排气口阀门，将压力室内的油液排出。该装置相对于X射线是透明的，X射线穿过压力室时，射线能量损失小，可以实时获取试样变形过程中的清晰内部图像。压力室采用高强度低密度透明的航空玻璃筒制成，压力室施加围压的同时，也充当反力结构。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：该装置借助工业CT机的高能量X射线和高精度旋转转台，实现三轴试验过程中岩土介质的高精度实时扫描，研究岩土介质在各种应力状态下内部裂纹萌生、分叉、发展、断裂、卸载全过程的演化规律，从细观尺度上提示岩土介质的破坏机理。便携式CT机配套三轴加载系统由非金属材料制成，轴压部分为系统提供轴向荷载，材质是尼龙玻璃纤维增强树脂(PA66+GF30)。三轴压力室是整个系统的核心部件，不同于传统的框架立柱式加载装置，压力室筒壁承担作用于试样上的反力，它能承受较大的轴向荷载和围压，X射线穿透压力室容器壁与试样被探测器接收，将会导致射线能量的衰减，对成像造成影响，为减小X射线穿透时射线衰减对试验结果的影响，压力室采用高强度低密度透明的航空玻璃筒，透明材料可以实现加载过程中视样变形的可视化和数字化，解决加载过程中试样变形破坏特征的细观描述问题，航空玻璃不但具有优异的光学性能、耐热性、抗老化性，而且具有高力学强度，抗压拉性能突出。采用精确的位移和荷载测量装置，实现试验时宏观特性和内部扫描一致的试验记录，加载装置和位移控制系统采用无线智能操控，解决了测试时测量连接系统在CT转台上旋转过程中的线路缠绕问题。附图说明图1为本专利技术的工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置工作原理示意图；图2为本专利技术的工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置剖面图；图3为本专利技术的压力室剖面图。其中：1-刚性立柱；2-上横梁；3-下横梁；4-水平底板；5-立柱螺母；6-下横梁螺杆；7-下横梁螺母；8-底板螺杆；9-底板螺母；10-上无氧铜密封圈；11-压力传感器；12-下无氧铜密封圈；13-试样；14-位移传感器；15-活塞；16-刚性传力杆；17-加压产生管；18-试样排水管；19-加压排气管；20-透水石；21-充油管；22-压力室；23-压力室筒壁；24-压力室顶部；25-压力室底部；26-荷载控制器；27-增压器；28-油箱；29-储水箱；30-垫块；31-油管阀门；32-加压口阀门；33-储水箱阀门；34-排气口阀门；35-数据导线；36-位移显示器；37-CT转台；38-射线源；39-探测器；40-X射线。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置。如图2所示，该装置包括轴压系统、围压系统和物理量测量系统，轴压系统包括刚性立柱1、上横梁2、下横梁3、立柱螺母5、活塞15、刚性传力杆16和数据导线35，刚性立柱1与上横梁2和下横梁3通过立柱螺母5进行固定，活塞15经由压力传感器11和刚性传力杆16相连，刚性传力杆16将荷载作用于位移传感器14进而对试样13加压；围压系统包括压力室22、加压产生管17、试样排水管18、加压排气管19、透水石20、充油管21、增加器27、油箱28、储水箱29、油管阀门31、加压口阀门32、储水箱阀门33和排气口阀门34，如图3所示，压力室22外部为压力室筒壁23，加压产生管17、充油管21穿过压力室顶板部24进入压力室22内，试样排水管18、加压排气管19穿过压力室底部25进入压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置，其特征在于：包括轴压系统、围压系统和物理量测量系统，轴压系统包括刚性立柱(1)、上横梁(2)、下横梁(3)、立柱螺母(5)、活塞(15)、刚性传力杆(16)和数据导线(35)，刚性立柱(1)与上横梁(2)和下横梁(3)通过立柱螺母(5)进行固定，活塞(15)经由压力传感器(11)和刚性传力杆(16)相连，刚性传力杆(16)将荷载作用于位移传感器(14)进而对试样(13)加压；围压系统包括压力室(22)、加压产生管(17)、试样排水管(18)、加压排气管(19)、透水石(20)、充油管(21)、增加器(27)、油箱(28)、储水箱(29)、油管阀门(31)、加压口阀门(32)、储水箱阀门(33)和排气口阀门(34)，压力室(22)外部为压力室筒壁(23)，加压产生管(17)、充油管(21)穿过压力室顶板部(24)进入压力室(22)内，试样排水管(18)、加压排气管(19)穿过压力室底部(25)进入压力室(22)内，压力室顶部(24)与下横梁(3)通过下横梁螺杆(6)连接，并配以下横梁螺母(7)固定，压力室底部(25)和水平底板(4)由底板螺杆(8)连接，并配以底板螺母(9)固定，压力室顶部(24)和下横梁(3)由上无氧铜密封圈(10)相连密闭，压力室底部(25)和水平底板(4)由下无氧铜密封圈(12)相连密闭，试样(13)下部设置透水石(20)，透水石(20)置于垫块(30)上，加压产生管(17)连接增压器(27)，加压产生管(17)和增压器(27)之间设置加压口阀门(32)，充油管(21)连接油箱(28)，充油管(21)和油箱(28)之间设置油管阀门(31)，试样排水管(18)连接储水箱(29)，试样排水管(18)和储水箱(29)之间设置储水箱阀门(33)，加压排气管(19)上设置排气口阀门(34)；物理量测量系统包括压力传感器(11)、荷载控制器(26)、位移传感器(14)和数据导线(35)，应力传感器(11)和位移传感器(14)的数据分别由荷载控制器(26)和位移控制器(36)记录，位移传感器(14)由数据导线(35)穿过刚性传力杆(16)，放置于下横梁(3)上。...

【技术特征摘要】
1.一种工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置，其特征在于：包括轴压系统、围压系统和物理量测量系统，轴压系统包括刚性立柱(1)、上横梁(2)、下横梁(3)、立柱螺母(5)、活塞(15)、刚性传力杆(16)和数据导线(35)，刚性立柱(1)与上横梁(2)和下横梁(3)通过立柱螺母(5)进行固定，活塞(15)经由压力传感器(11)和刚性传力杆(16)相连，刚性传力杆(16)将荷载作用于位移传感器(14)进而对试样(13)加压；围压系统包括压力室(22)、加压产生管(17)、试样排水管(18)、加压排气管(19)、透水石(20)、充油管(21)、增加器(27)、油箱(28)、储水箱(29)、油管阀门(31)、加压口阀门(32)、储水箱阀门(33)和排气口阀门(34)，压力室(22)外部为压力室筒壁(23)，加压产生管(17)、充油管(21)穿过压力室顶板部(24)进入压力室(22)内，试样排水管(18)、加压排气管(19)穿过压力室底部(25)进入压力室(22)内，压力室顶部(24)与下横梁(3)通过下横梁螺杆(6)连接，并配以下横梁螺母(7)固定，压力室底部(25)和水平底板(4)由底板螺杆(8)连接，并配以底板螺母(9)固定，压力室顶部(24)和下横梁(3)由上无氧铜密封圈(10)相连密闭，压力室底部(25)和水平底板(4)由下无氧铜密封圈(12)相连密闭，试样(13)下部设置透水石(20)，透水石(20)置于垫块(30)上，加压产生管(17)连接增压器(27)，加压产生管(17)和增压器(27)之间设置加压口阀门(32)，充油管(21)连接油箱(28)，充油管(21)和油箱(28)之间设置油管阀门(31)，试样排水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，李长洪，肖永刚，侯志强，乔趋，王华建，霍文静，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11