用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统技术方案

本发明专利技术属于岩体力学试验技术领域，旨在解决无法对岩体剪切渐进破坏过程进行精准扫描的问题，具体涉及一种用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，包括双水平加载装置、承载静剪切盒的第一承载装置、承载动剪切盒的第二承载装置、法向加载装置等结构；在试验中，双水平加载装置为岩体同步施加相同的加载力，法向加载装置为岩体施加剪切力；通过双水平加载装置的平行间隔设置以及水平方向施加加载力、竖直方向施加剪切力的加载方式，可有效实现在岩体剪切渐进破坏精准扫描过程中加载油缸与岩体试样的互不干涉。通过本发明专利技术可提供一套与CT扫描技术结合的新型岩体剪切试验系统，进而为实现岩体剪切渐进破坏过程中可视化检测提供关键的技术支撑。关键的技术支撑。关键的技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统


[0001]本专利技术属于岩体力学试验
，具体涉及一种用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统。

技术介绍

[0002]岩体是地质体，由岩块和结构面组成。岩体的抗剪强度特性是评价其稳定性的关键指标。岩体在剪切作用下会产生裂纹的萌生、起裂、扩展和贯通的渐进破坏过程。岩体剪切渐进破坏过程的定量刻画对于厘定岩体的抗剪强度特性至关重要。
[0003]现有研究主要采用室内试验和数值模拟两种手段进行。在室内试验过程中，通过剪切试验仪结合声发射设备可以间接获取岩体剪切渐进破坏过程中的裂纹产生、发展的时间和空间信息，但无法直接表征岩体内部裂纹的动态演化过程；在数值模拟过程中，通过有限元或者离散元方法结合建模参数试凑方法来描述岩体内部裂纹的生长过程，但由于数值模拟方法的多解性，无法真实的体现岩体内部的动态损伤破坏过程。因此，上述两种手段对于深刻认识岩体的抗剪强度特性均具有局限性。
[0004]为了突破上述瓶颈，亟待研发一款高能加速器CT岩体剪切试验平台，利用岩体剪切试验技术结合高能加速器CT扫描技术实现岩体剪切渐进破坏过程中裂纹萌生、起裂、扩展和贯通的可视化，进而达到岩体剪切渐进破坏过程定量刻画的目的。现有的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统的加载框架均为水平方向施加剪切力，竖直方向施加压力或拉力，加载装置或者剪切装置中的加载油缸不可避免的设置于岩体试样的外侧，当利用高能加速器CT进行扫描时，扫描岩体试样的视野中由于加载油缸的存在导致扫描结果不准确，无法对岩体试样在剪切试验过程中进行全方位扫描，无法满足岩体试样剪切渐进破坏过程的可视化需求。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决无法对岩体剪切渐进破坏过程进行精确扫描的问题，本专利技术提供了一种用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，该试验系统包括用于容纳岩体试样的剪切盒、用于对所述剪切盒支撑的承载装置和剪切加载装置；所述剪切盒包括静剪切盒和动剪切盒，所述静剪切盒与所述动剪切盒左右相对设置；所述静剪切盒包括第一矩形框架，所述动剪切盒包括第二矩形框架，所述第二矩形框架与所述第一矩形框架相对设置；
[0006]所述承载装置包括第一承载装置和第二承载装置，所述第一承载装置设置于所述静剪切盒的外侧，所述第一矩形框架固设于所述第一承载装置的内侧，且所述第一承载装置与所述第一矩形框架构成右开口的左半容纳腔；所述第二承载装置设置于所述动剪切盒的外侧，所述第二矩形框架固设于所述第二承载装置的内侧，所述第二承载装置具有延伸至所述第二矩形边框内部的凸起结构，所述第二承载装置与所述第二矩形框架构成左开口的右半容纳腔；
[0007]所述剪切加载装置包括水平加载装置和法向加载装置，所述水平加载装置包括第一水平加载装置和第二水平加载装置；所述第一水平加载装置包括第一水平加载框架和第一水平加载油缸，所述第一水平加载框架具有第一矩形通孔，所述第一承载装置的上部侧面与所述第一矩形通孔的左侧壁连接；所述第一水平加载油缸与所述第一矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对所述第二承载装置施加第一水平加载力；所述第二水平加载装置包括第二水平加载框架和第二水平加载油缸，所述第二水平加载框架具有第二矩形通孔，所述第一承载装置的中部侧面与所述第二矩形通孔的左侧壁连接；所述第二水平加载油缸与所述第二矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对所述第二承载装置施加第二水平加载力；所述法向加载装置设置于所述第二矩形框架的下方，且所述法向加载装置的活动端与所述第二矩形框架接触设置；
[0008]在剪切过程中，所述第一水平加载油缸与所述第二水平加载油缸通过所述第二承载装置对岩体试样施加水平加载力，所述法向加载装置在驱动力的作用下顶压所述第二矩形框架、所述第二承载装置以及设置于所述第二矩形框架内部的岩体试样相对设置在所述第一矩形框架内部的岩体试样向上运动，以进行岩体试样的剪切试验。
[0009]在一些优选实施例中，该用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统还包括高能加速器CT扫描系统和旋转装置，所述高能加速器CT扫描系统包括射线源装置和探测器装置，所述射线源装置和所述探测器装置分别设置于岩体试样的两侧，用于检测岩体试样在剪切试验中裂纹萌生、起裂、扩展和贯通的渐进破坏过程。
[0010]所述射线源装置的高度为h，所述第一水平加载油缸的高度为h1，所述第二水平加载油缸的高度为h2，h∈(h2，h1)；
[0011]所述旋转装置设置于所述承载装置、所述法向加载装置的下方，所述旋转装置可在旋转动力装置的驱动下带动加载装置、承载装置连同剪切盒旋转，并与所述高能加速器CT扫描系统配合进而精确获取岩体剪切渐进破坏过程中的裂纹产生、发展的时间和空间信息；
[0012]在一些优选实施例中，所述第一水平加载油缸包括第一活塞组件和第一缸体组件，所述第一活塞组件远离所述第二承载装置的一端固设于所述第一水平加载框架，另一端设置于所述第一缸体组件内部，且所述第一活塞组件与所述第一缸体组件之间设置有第一加载腔，所述第一加载腔可通过液压油的注入/回流控制所述第一缸体组件对所述第二承载装置的加载力；所述第一缸体组件远离所述第一活塞组件的端部设置有第一静压支撑腔，所述第一静压支撑腔可通过液压油的注入/回流控制所述第一缸体组件对所述第二承载装置的加载力并降低加载过程中由于所述第二承载装置在竖直方向的运动而在二者之间产生的摩擦力；
[0013]所述第一静压支撑腔远离所述第二承载装置的一侧到所述第一活塞组件的距离小于所述第一缸体组件远离所述第一活塞组件的一侧到所述第一活塞组件的距离；
[0014]所述第一缸体组件的两侧设置有第一竖直限位装置和第二竖直限位装置，所述第一竖直限位装置与所述第二竖直限位装置相对于所述第一缸体组件的长度轴线对称设置；所述第一竖直限位装置与所述第二竖直限位装置固设于所述第二承载装置上部且所述第一竖直限位装置、所述第二竖直限位装置与所述第一缸体组件接触设置。
[0015]在一些优选实施例中，所述第二水平加载油缸与所述第一水平加载油缸平行设
置；
[0016]所述第二水平加载油缸包括第二活塞组件和第二缸体组件，所述第二活塞组件远离所述第二承载装置的一端固设于所述第二水平加载框架，另一端设置于所述第二缸体组件内部，且所述第二活塞组件与所述第二缸体组件之间设置有第二加载腔，所述第二加载腔可通过液压油的注入/回流控制所述第二缸体组件对所述第二承载装置的加载力；所述第二缸体组件远离所述第二活塞组件的端部设置有第二静压支撑腔，所述第二静压支撑腔可通过液压油的注入/回流控制所述第二缸体组件对所述第二承载装置的加载力并降低加载过程中由于所述第二承载装置在竖直方向的运动而在二者之间产生的摩擦力；
[0017]所述第二静压支撑腔远离所述第二承载装置的一侧到所述第二活塞组件的距离小于所述第二缸体组件远离所述第二活塞组件的一侧到所述第二活塞组件的距离；
[0018]所述第二缸体组件的两侧设置有第三竖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，该试验系统包括用于容纳岩体试样的剪切盒、用于对所述剪切盒支撑的承载装置和剪切加载装置；所述剪切盒包括静剪切盒和动剪切盒，所述静剪切盒与所述动剪切盒左右相对设置；所述静剪切盒包括第一矩形框架，所述动剪切盒包括第二矩形框架，所述第二矩形框架与所述第一矩形框架相对设置；所述承载装置包括第一承载装置和第二承载装置，所述第一承载装置设置于所述静剪切盒的外侧，所述第一矩形框架固设于所述第一承载装置的内侧，且所述第一承载装置与所述第一矩形框架构成右开口的左半容纳腔；所述第二承载装置设置于所述动剪切盒的外侧，所述第二矩形框架固设于所述第二承载装置的内侧，所述第二承载装置具有延伸至所述第二矩形边框内部的凸起结构，所述第二承载装置与所述第二矩形框架构成左开口的右半容纳腔；所述剪切加载装置包括水平加载装置和法向加载装置，所述水平加载装置包括第一水平加载装置和第二水平加载装置；所述第一水平加载装置包括第一水平加载框架和第一水平加载油缸，所述第一水平加载框架具有第一矩形通孔，所述第一承载装置的上部侧面与所述第一矩形通孔的左侧壁连接；所述第一水平加载油缸与所述第一矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对所述第二承载装置施加第一水平加载力；所述第二水平加载装置包括第二水平加载框架和第二水平加载油缸，所述第二水平加载框架具有第二矩形通孔，所述第一承载装置的中部侧面与所述第二矩形通孔的左侧壁连接；所述第二水平加载油缸与所述第二矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对所述第二承载装置施加第二水平加载力；所述法向加载装置设置于所述第二矩形框架的下方，且所述法向加载装置的活动端与所述第二矩形框架接触设置；在剪切过程中，所述第一水平加载油缸与所述第二水平加载油缸通过所述第二承载装置对岩体试样施加水平加载力，所述法向加载装置在驱动力的作用下顶压所述第二矩形框架、所述第二承载装置以及设置于所述第二矩形框架内部的岩体试样相对设置在所述第一矩形框架内部的岩体试样向上运动，以进行岩体试样的剪切试验。2.根据权利要求1所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，该试验系统还包括高能加速器CT扫描系统和旋转装置，所述高能加速器CT扫描系统包括射线源装置和探测器装置，所述射线源装置和所述探测岩体试样在剪切试验中裂纹萌生、起裂、扩展和贯通的渐进破坏过程；所述射线源装置的高度为h，所述第一水平加载油缸的高度为h1，所述第二水平加载油缸的高度为h2，h∈(h2，h1)；所述旋转装置设置于所述承载装置、所述法向加载装置的下方，所述旋转装置可在旋转动力装置的驱动下带动加载装置、承载装置连同剪切盒旋转，并与所述高能加速器CT扫描系统配合进而精确获取岩体剪切渐进破坏过程中的裂纹产生、发展的时间和空间信息。3.根据权利要求1所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，所述第一水平加载油缸包括第一活塞组件和第一缸体组件，所述第一活塞组件远离所述第二承载装置的一端固设于所述第一水平加载框架，另一端设置于所述第一缸体组件内部，且所述第一活塞组件与所述第一缸体组件之间设置有第一加载腔，所述第一加载腔可通过液压油的注入/回流控制所述第一缸体组件对所述第二承载装置的加载力；所述第一缸体组
件远离所述第一活塞组件的端部设置有第一静压支撑腔，所述第一静压支撑腔可通过液压油的注入/回流控制所述第一缸体组件对所述第二承载装置的加载力并降低加载过程中由于所述第二承载装置在竖直方向的运动而在二者之间产生的摩擦力；所述第一静压支撑腔远离所述第二承载装置的一侧到所述第一活塞组件的距离小于所述第一缸体组件远离所述第一活塞组件的一侧到所述第一活塞组件的距离；所述第一缸体组件的两侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁生文，郑博文，黄晓林，郭松峰，梁宁，邹宇，罗光明，张路青，赵海军，薛雷，李志清，郭捷，姜立波，王鑫，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
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