CT实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及水合物沉积物试验装置技术领域，具体涉及一种CT实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置。包括真三轴试验系统和CT实时扫描系统。本装置能够在试验过程实时扫描试样，详细记录试验过程中的试样内部的结构的变化，为研究水合物细观破损与宏观力学性质之间的关系提供了很好的依据。另外，本发明专利技术装置在中主应力和小主应力方向不再采用传统的刚性板加载，而采用液压加载，解决了刚性板在伺服过程阻碍中主应力和小主应力方向不均匀变形的问题。

Real-time CT scanning true triaxial test device for flexible loading of hydrate sediments

【技术实现步骤摘要】
CT实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置
本专利技术涉及水合物沉积物试验装置
，具体涉及一种CT实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置。
技术介绍
对于水合物沉积物的常规三轴试验机和真三轴试验机，在试验过程中，存在以下不足：(1)只能获得试样外部的平均受力与变形情况，而试样内部水合物的胶结破损演化规律却无法获得。(2)为了解水合物沉积物试样在三轴压缩条件下内部胶结破坏演变情况，传统的方法是在试验完成后将试样从试验台取下后对试样进行CT扫描测试，但此方法的缺点是在试样卸载后有一定的回弹，影响试验的精确性。(3)现有的真三轴试验装置多数采用的是刚性板加载，而刚性板在伺服过程中却阻碍了中主应力和小主应力方向的不均匀变形。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是现有对于水合物沉积物的常规三轴试验机和真三轴试验机，在试验过程中只能获得试样的外部受力和变形情况，而无法得到试样的内部结构的变化情况，试验后再扫描精确性不高，测试存在一定的局限。为解决上述问题，本专利技术提供了一种带有CT扫描的真三轴试验机，能够在试验过程实时扫描试样，详细记录试验过程中的试样内部的结构的变化，为研究水合物细观破损与宏观力学性质之间的关系提供了很好的依据。另外，本专利技术装置在中主应力和小主应力方向不再采用传统的刚性板加载，而采用液压加载，解决了刚性板在伺服过程阻碍中主应力和小主应力方向不均匀变形的问题。为到达上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种CT实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置，包括真三轴试验系统和CT实时扫描系统；其中，真三轴试验系统包括上部的上轴向加载液压缸、底部的下轴向加载液压缸、两个液压缸之间的真三轴压力盒和侧向柔性伺服箱的进水和排水系统和真三轴加载装置的应力和位移的测量系统，为在三个主应力方向对施加不同荷载的加载装置；如图1、图2所示，CT实时扫描系统包括中主应力方向的CT发射源Ⅰ和CT探测仪Ⅰ，以及小主应力方向的CT发射源Ⅱ和CT探测仪Ⅱ，由CT发射源发射X射线，CT探测仪接收X射线；此装置可以对两个方向发射X射线，对试样进行实时扫描，获得水合物沉积物在复杂应力状态下水合物沉积物试样内部的水合物胶结细观破损规律。进一步的，如图5所示，真三轴压力盒包括顶部的上部轴向刚性加载板、底部的底部轴向刚性加载板以及侧边的前侧向柔性加载箱、后侧向柔性加载箱、左侧向柔性加载箱、右侧向柔性加载箱，前侧向柔性加载箱下方设前侧向柔性加载箱下排水口，左侧向柔性加载箱下方设有左侧向柔性加载箱下排水口，右侧向柔性加载箱下方设右液压传感器和右侧向柔性加载箱下排水口；其内部的试样用三角装置固定，三角装置上附有位移传感器如右侧位移的第一位移和第二位移传感器，通过收集两个位移传感器的位移数据进行平均便可以得到右侧位移；三角装置的角与柔性隔板相连，将柔性加载箱分割成四个独立进行加载的箱体，侧边的四个柔性加载箱之间的位置为隔板储藏室，内设径向伸缩的水平弹簧，与柔性隔板相连，利用水平弹簧的弱弹性控制柔性隔板进出储藏室。水合物沉积物立方体试样可以进行原位生成，也可以将已制备好的试样放置在压力盒内部，外部由橡皮膜包裹，通过在水合物沉积物立方体试样的八个棱角部分采用固定试样的三角装置进行固定。为减少在加载时柔性加载箱变形产生的反力对试验数据产生的影响，将柔性加载箱设计成如图4所示的形状。进一步的，如图3-图6所示，所述进水和排水系统包括位于真三轴压力盒前后左右的前进水口、后进水口、左进水口、右进水口，进水管与各进水口相连，位于真三轴压力盒顶部前后左右的前排水口、后排水口、左排水口、右排水口以及与各排水口相连的液压泵。进一步的，如图1所示，所述测量系统包括与上加载板相连的上加载板位移传感器、与下加载板相连的下加载板位移传感器、真三轴压力盒顶部的轴向压力传感器；如图4所示的真三轴压力盒顶部的前液压传感器、左液压传感器、后液压传感器、右液压传感器；如图6示的位于试样变形固定装置的右侧第一位移传感器、右侧第二位移传感器、前位移传感器、后位移传感器和数据采集系统。进一步的，如图1所示，为了模拟水合物沉积物所处真实的低温高压赋存环境以及能够实时扫描真三轴试样，所述试验装置还内设恒温室，恒温室位于框架内部，通过恒温室底座固定，外壁和内壁均由X射线可以透过的碳纤维材料制成，外壁和内壁之间的内腔充填隔热材料，使得恒温室既具有保温性能又可以使X射线透过，便于对真三轴试样的实时扫描；试样周围设有四个平面型换热器，通过液压伺服箱排水管排水，通过恒温装置液体导管导入液体；通过冷浴循环来控制恒温室的温度，试样周围温度通过温度传感器和放置在侧向柔性加载箱顶部的热电偶和热敏电阻来测量。进一步的，真三轴压力盒外设有主机框架，包括顶板、底板，顶板上设有门式结构，顶板和底板之间的立柱，用于支撑顶板和底板；立柱采用高强度的碳纤维材料(T800)制成，碳纤维材料可以允许X射线的通过，又满足承载真三轴压力盒所需的强度；顶板和底板采用高强度的钢材Q460制成；顶板和上轴向加载液压缸之间设有轴向支撑杆；底板通过螺栓与恒温室固定。进一步的，真三轴压力盒与上轴向加载液压缸之间设有试样上部透水网，与下轴向加载液压缸之间设有试样下部透水网。进一步的，下轴向加载液压缸设于轴向支撑装置上方，轴向支撑装置通过真三轴加载装置底座固定在固定装置上。本专利技术的有益效果在于：(1)采用两组CT实时扫描装置对中主应力和小主应力方向的水合物沉积物内部水合物的胶结破损演化情况进行实时监测。在真三轴压缩试验过程中，中主应力方向和小主应力方向所施加的载荷不同，从而内部水合物胶结破损情况也是不同的，本专利技术通过对中主应力和小主应力方向分别设置一组CT发射装置和接收装置，可以方便的获取试样内部的在不同方向内部结构的演化情况。(2)侧向通过设计的柔性真三轴加载箱，对水合物沉积物试样进行柔性液压加载。传统的真三轴压缩试验，为了使得加载板的压力可以均匀的施加到试样侧面，采用的加载板刚性很大，这在一定程度上限制了真三轴压缩过程中侧向的变形，无法反映在复杂应力状态下水合物沉积物的真实破坏形态。本专利技术采用将试样用橡皮膜进行包裹，侧向采用液压进行加载，如此可以将明显地通过CT扫描装置观察到水合物沉积物在复杂应力状态下的破坏形态。附图说明图1为本专利技术整体结构平面示意图。图2为本专利技术整体装置的俯视图。图3为真三轴压力盒的结构示意图。图4为真三轴压力盒的俯视图。图5为真三轴压力盒的侧视图。图6为真三轴压力盒的侧面内部构造图。图中，顶板1、立柱2、轴向支撑杆3、内壁4、CT发射源Ⅰ5、CT探测仪Ⅰ6、上加载板位移传感器7、温度传感器8、下加载板位移传感器9、外壁10、内腔11、上轴向加载液压缸12、试样下部透水网13、下轴向加载液压缸14、轴向支撑装置15、真三轴加载装置底座16、固定装置17、恒温室底座18、底板19、螺栓20、液压伺服箱排水管21、恒温装置液体导管22、平面型换热器23、右侧向柔性加载箱24、进水管25、左侧向柔性加载箱26、底部轴向刚性加载板27、水合物沉积物立方体试样28、试样上部透水网29、右排水口30、上部轴向刚性加载板31、后进水口32、后侧向柔性加载箱33、水平弹簧34、柔性隔板35、三角装置36、右侧第一位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.CT实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置，其特征在于：包括真三轴试验系统和CT实时扫描系统；其中，真三轴试验系统包括上部的上轴向加载液压缸、底部的下轴向加载液压缸、两个液压缸之间的真三轴压力盒和侧向柔性伺服箱的进水和排水系统和真三轴加载装置的应力和位移的测量系统；CT实时扫描系统包括中主应力方向的CT发射源Ⅰ和CT探测仪Ⅰ，以及小主应力方向的CT发射源Ⅱ和CT探测仪Ⅱ。

【技术特征摘要】
1.CT实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置，其特征在于：包括真三轴试验系统和CT实时扫描系统；其中，真三轴试验系统包括上部的上轴向加载液压缸、底部的下轴向加载液压缸、两个液压缸之间的真三轴压力盒和侧向柔性伺服箱的进水和排水系统和真三轴加载装置的应力和位移的测量系统；CT实时扫描系统包括中主应力方向的CT发射源Ⅰ和CT探测仪Ⅰ，以及小主应力方向的CT发射源Ⅱ和CT探测仪Ⅱ。2.如权利要求1所述的CT实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置，其特征在于：真三轴压力盒包括顶部的上部轴向刚性加载板、底部的底部轴向刚性加载板以及侧边的前侧向柔性加载箱、后侧向柔性加载箱、左侧向柔性加载箱、右侧向柔性加载箱，前侧向柔性加载箱下方设前侧向柔性加载箱下排水口，左侧向柔性加载箱下方设有左侧向柔性加载箱下排水口，右侧向柔性加载箱下方设右侧向柔性加载箱底部压力传感器和右侧向柔性加载箱下排水口；其内部的试样用三角装置固定；三角装置的角与柔性隔板相连，侧边的四个柔性加载箱之间的位置为隔板储藏室，内设径向伸缩的水平弹簧，与柔性隔板相连。3.如权利要求1所述的CT实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置，其特征在于：所述进水和排水系统包括位于真三轴压力盒前后左右的前进水口、后进水口、左进水口、右进水口，进水管与各进水口相连，位于真三轴压力盒顶部前后左右的前排水口、后排水口、左排水口、右排水口以及与各排水口相连的液压泵。4.如权利要求1所述的CT实时扫描的水合物沉积物柔性加载真三轴试验装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：周博，王辉，薛世峰，林英松，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37