CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统技术方案

本发明专利技术采用的技术方案是：一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统，包括旋转压力室、同源双能量X射线源、X射线探测器、轴压伺服系统、围压加载系统；待测岩石固定于旋转压力室内部；所述旋转压力室内集成有用于加热待测岩石的高温加热板和用于实现旋转压力室内部温度降低的循环制冷网路，以及向待测岩石施加稳定孔隙水压的渗流装置；所述轴压伺服系统用于向待测岩石提供稳定的轴压；所述围压加载系统用于向待测岩石提供稳定的围压。本发明专利技术可以对岩石试样施加三轴应力条件、孔隙压力条件以及温度荷载条件，并满足CT扫描试验精度需求。度需求。度需求。

【技术实现步骤摘要】
CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统


[0001]本专利技术属于岩土应力
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渗流
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温度耦合
，具体涉及一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统。

技术介绍

[0002]深部空间开挖、寒区工程施工、地热资源开发、二氧化碳封存及高放核废料地质处置等大规模工程建设，均普遍涉及复杂环境下岩石应力、渗流、温度耦合这一关键科学问题。正确描述裂隙或孔隙岩石在应力、渗流、温度耦合作用下的细观力学特性既是进行应力
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渗流
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温度耦合分析的关键环节，又是耦合研究领域的难点所在。因此，急需构建相应的岩石试验系统和测试方法来准确的评估多场耦合下岩石的力学特性。目前关于岩石多场耦合下细观力学特性研究主要集中在岩石内部的裂隙萌发、发育直至贯穿的损伤断裂过程。CT无损扫描技术可以实现对岩石内部的微观结构进行表征，是揭示多孔介质在多场耦合作用下损伤断裂过程的有效法。
[0003]然而，现有的实验设备和实验方法往往存在如下问题：1)目前大多数设备只能获得经过压缩、渗流、温度损伤后的岩石断裂的宏观结果，无法观测岩体内部裂隙或孔隙演化的细观过程(如公开号为CN109738294A)。少数设备尝试将CT扫描技术配合三轴应力、渗流、温度耦合装置使用(如公开号为CN107084876A)，期望从细观尺度描述岩石裂隙或孔隙演化过程，但是此类设备尺寸较大且采用千斤顶施加轴向荷载，容易引起侧压从而影响试验精度。同时，部分设备的CT扫描位置固定(如公开号为CN110542614A)，扫描图像精度较差且无法获得岩石损伤断裂过程的全貌。2)关于温度耦合方面，目前多数设备主要实现了高温试验，而关于岩石低温循环冻融下的损伤断裂特征目前还有待实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统，可以对岩石试样施加三轴应力条件、孔隙压力条件以及温度荷载条件，并满足CT扫描试验精度需求。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统，包括旋转压力室、同源双能量X射线源、X射线探测器、轴压伺服系统、围压加载系统；待测岩石固定于旋转压力室内部；所述旋转压力室内集成有用于加热待测岩石的高温加热板和用于实现旋转压力室内部温度降低的循环制冷网路，以及向待测岩石施加稳定孔隙水压的渗流装置；所述轴压伺服系统用于向待测岩石提供稳定的轴压；所述围压加载系统用于向待测岩石提供稳定的围压；
[0006]还包括用于检测待测岩石在压缩过程中的轴向应变的轴向引伸计，以及检测待测岩石在压缩过程中的径向向应变的环向引伸计；所述轴向引伸计和环向引伸计均位于旋转压力室内部；所述轴向引伸计和环向引伸计均位于待测岩石的外侧；
[0007]所述同源双能量X射线源向发生自转的旋转压力室投射X射线；所述X射线探测器
用于接收经旋转压力室中待测岩石反射的X射线；
[0008]还包括上位机；所述上位机用于控制高温加热板和循环制冷网络的温度，和轴压伺服系统与围压加载系统向待测岩石施加的压力，以及渗流装置的流量；还用于接收轴向引伸计、环向引伸计和X射线探测器的检测结果。
[0009]上述技术方案中，还包括旋转盘和行走支架；所述旋转盘放置于行走支架上，并通过设置于行走支架上的移动履带沿行走支架移动；所述旋转盘与旋转压力室连接，并跟随旋转盘移动；所述同源双能量X射线源和X射线探测器分别设置于旋转压力室移动方向的两端。
[0010]上述技术方案中，所述旋转盘上设置有旋转电机；所述旋转电机的传动轴与旋转压力室固定连接，并带动旋转压力室自转。
[0011]上述技术方案中，所述旋转压力室内部设置有三轴向岩心夹持器；所述三轴向岩心夹持器用于保持待测岩心在旋转压力室内部不发生相对位移。
[0012]上述技术方案中，所述轴压伺服系统包括油泵电机组和加载油缸；所述油泵电机组设置于旋转盘上；所述加载油缸的压力输出端与待测岩石的顶端相接触；所述油泵电机组基于上位机的命令驱动加载油缸向待测岩石施加轴向压力。
[0013]上述技术方案中，围压加载系统包括油泵电机、加载泵、气泵和压力油路；所述油泵电机、气泵和加载泵设置于旋转盘上；所述压力油路设置于旋转压力室内部并环绕于待测岩石；所述油泵电机通过加载泵将压力油加压，压力油增压后通过所述气泵调节流入至压力油路向待测岩石施加围压。
[0014]上述技术方案中，所述渗流装置包括充液箱、水压增压泵和透水垫片；所述充液箱设置于旋转盘的一侧；所述水压增压泵设置于旋转盘上；所述透水垫片设置于旋转压力室内部并与待测岩石的底端相接触；充液箱内的水通过水压增压泵增压后经渗流管路从透水垫片流出，向待测岩石施加稳定的孔隙水压。
[0015]上述技术方案中，所述高温加热板以云母片为主体，以镀锌板和不锈钢板为支撑，可设计功率为1000W，耐温600℃。
[0016]上述技术方案中，所述循环制冷网路包括设置于旋转压力室内部的制冷管路和设置于旋转盘上的低温循环装置；低温循环装置与制冷管路相连通；低温循环装置内注有乙二醇冷媒，低温循环装置用于将乙二醇降温至预设温度，乙二醇通过制冷管路进入旋转压力室并对待测岩石进行降温。
[0017]上述技术方案中，所述的同源双能量X射线源包括两套不同能量下的X射线CT扫描装置。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1.本专利技术系统可以采用双能量CT扫描成像系统，通过调整X射线光束能量，能够准确推算出岩石试样的成分构成，获取岩石试样在压缩过程中的穿晶断裂、沿晶断裂等微观现象，同时满足岩石试样压缩与CT图像在时间和空间上的匹配关系，用于获取高精度的CT扫描结果；本专利技术通过旋转压力室的自转和在行走支架上的移动保证对岩石全方位扫描的同时便于CT聚焦成像的精度。
[0020]2.本专利技术系统可以实现岩石三轴试验、高温损伤试验、冻融循环试验、驱替试验、水压致裂试验，并耦合渗流环境，真实的模拟了深部地下岩体应力环境与高寒、高海拔地区
岩体应力环境。
[0021]3.本专利技术系统各部件集成度高，通过轴压伺服系统与围压加载系统施加三轴应力，可以消除岩石试样边角侧压，且系统内主要装置通过旋转盘与旋转压力室共同运动，能够保障系统安全可靠的进行试验。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术的旋转压力室示意图；
[0024]图3为本专利技术的引伸计安装示意图；
[0025]图4为本专利技术的轴压伺服系统示意图；
[0026]图5为本专利技术的围压加载系统示意图。
[0027]其中，1
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X射线源，2
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加载油缸，3
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防护板，4
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充液箱，5
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X射线探测器，6
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固定支架，7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统，其特征在于：包括旋转压力室、同源双能量X射线源、X射线探测器、轴压伺服系统、围压加载系统；待测岩石固定于旋转压力室内部；所述旋转压力室内集成有用于加热待测岩石的高温加热板和用于实现旋转压力室内部温度降低的循环制冷网路，以及向待测岩石施加稳定孔隙水压的渗流装置；所述轴压伺服系统用于向待测岩石提供稳定的轴压；所述围压加载系统用于向待测岩石提供稳定的围压；还包括用于检测待测岩石在压缩过程中的轴向应变的轴向引伸计，以及检测待测岩石在压缩过程中的径向向应变的环向引伸计；所述轴向引伸计和环向引伸计均位于旋转压力室内部；所述轴向引伸计和环向引伸计均位于待测岩石的外侧；所述同源双能量X射线源向发生自转的旋转压力室投射X射线；所述X射线探测器用于接收经旋转压力室中待测岩石反射的X射线；还包括上位机；所述上位机用于控制高温加热板和循环制冷网络的温度，和轴压伺服系统与围压加载系统向待测岩石施加的压力，以及渗流装置的流量；还用于接收轴向引伸计、环向引伸计和X射线探测器的检测结果。2.根据权利要求1所述的一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统，其特征在于：还包括旋转盘和行走支架；所述旋转盘放置于行走支架上，并通过设置于行走支架上的移动履带沿行走支架移动；所述旋转盘与旋转压力室连接，并跟随旋转盘移动；所述同源双能量X射线源和X射线探测器分别设置于旋转压力室移动方向的两端。3.根据权利要求2所述的一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统，其特征在于：所述旋转盘上设置有旋转电机；所述旋转电机的传动轴与旋转压力室固定连接，并带动旋转压力室自转。4.根据权利要求2所述的一种CT实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验系统，其特征在于：所述旋转压力室内部设置有三轴向岩心夹持器；所述三轴向岩心夹持器用于保持待测岩心在旋转压力室内部不发生相对位移。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忆，朱应伟，李新平，陶宇航，魏小清，龚航里，
申请(专利权)人：武汉理工大学三亚科教创新园，
类型：发明
国别省市：