CN102042989A - 一种含流体ct扫描的远程可控加载方法及装备 - Google Patents
一种含流体ct扫描的远程可控加载方法及装备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102042989A CN102042989A CN 201010521399 CN201010521399A CN102042989A CN 102042989 A CN102042989 A CN 102042989A CN 201010521399 CN201010521399 CN 201010521399 CN 201010521399 A CN201010521399 A CN 201010521399A CN 102042989 A CN102042989 A CN 102042989A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- rock mass
- scan
- mass sample
- remote
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 title claims abstract description 129
- 238000011068 loading method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 112
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 60
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 31
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 4
- 235000004237 Crocus Nutrition 0.000 claims description 3
- 241000596148 Crocus Species 0.000 claims description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 claims description 2
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 238000010223 real-time analysis Methods 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 24
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 39
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 30
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 10
- 101100387911 Caenorhabditis elegans dop-2 gene Proteins 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010011376 Crepitations Diseases 0.000 description 1
- 241001269238 Data Species 0.000 description 1
- 206010042209 Stress Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000010429 evolutionary process Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
本发明公开了一种含流体CT扫描的远程可控加载方法及装备，通过在CT扫描屏蔽室内的CT扫描旋转平台上安装加载机械装置及在岩体样本上贴装传感器，利用旋转转换头将传输管路和线路与外界压力容器和应变测试仪连通，保证了加载机械装置旋转过程中管路和线路的有效连接，并通过在CT屏蔽室外的压力控制装置实现对CT屏蔽室内的远程轴向和/或围向加载控制，再现了岩体的受力环境，模拟了受力过程，实现了CT屏蔽室内无人操作状态下动态加载过程的CT实时扫描，避免了因辐射造成的危险，非常适合在CT扫描力学实验中推广、使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种对岩体进行力学实验测试的可控加载方法，特别涉及一种含流体CT扫描的远程可控加载方法及其实验设备，属于实验力学领域。
背景技术
中国是产煤大国，根据1974-1980年第二次全国煤田预测，埋深在2000米以内的全国煤炭储量为50592.19亿吨。从中国煤炭矿藏赋存条件来看，适合大型露天开采条件的矿藏不多，绝大多数煤炭矿藏的埋藏深度较深、煤层分布复杂，应力集中和断层的存在为众多矿井动力灾害发生提供了条件，使得我国煤矿安全形势非常严峻。因此，研究煤岩动力灾害的发生机理，找出遏制灾害的有效手段和技术，对于提高我国煤炭生产企业的安全状况和降低百万吨死亡率具有重要的意义。
煤岩动力灾害现象是煤岩体在外界应力作用下短时间内发生的一种具有动力效应和灾害后果的现象。煤岩动力灾害现象范围很广，涉及到许多工程领域和自然灾害。如地震、火山喷发、山体或边坡滑移、桥梁垮塌、隧道失稳、井下突水、煤与瓦斯突出、冲击地压、顶板塌陷等。发生灾害的介质是煤岩体，煤岩是由许多大小可以小到微米以下，大到厘米以上晶粒组成，其中存在有许多裂纹、孔隙、空位，是一种节理繁多、孔隙裂隙发育的多裂纹介质。而且，孔隙与裂纹中存在胶结物、瓦斯气体等物质，属于典型的非均匀多相复合材料。由于各相质之间的相互作用，因而煤岩表现出的力学性能也非常复杂。煤岩变形过程中微结构的扫描电子显微镜分析表明，在受载之前，煤岩内部已经存在大量的空隙、孔隙，组构单元与晶体颗粒呈无序化分布。在外载荷作用下，煤岩颗粒表现出明显的定向排列趋势，与外载荷作用方向垂直的天然裂隙闭合，而与平行的裂隙则沿长度方向发展并且在应力作用下达到某一值产生新的裂隙。随着载荷的增加，新的微裂纹就会萌生和扩展。如果载荷进一步增加，微裂隙将进一步发育和扩展成宏观裂纹，并最终导致煤岩材料的破坏。煤岩损伤破坏在煤矿中就表现为煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害现象。揭示这些灾害的机理对于保障生产安全和降低灾害具有非常重要的意义。
目前，大多假说都是以力学为基础从宏观或者微观方面建立的，很少考虑煤岩材料的详细变形及破裂过程，尤其是细观层面与宏观层面的行为联系很模糊，这是目前煤与瓦斯突出研究无法取得进一步发展的主要原因。
从细观和微观角度研究，揭示目前对于含流体煤岩的力学性质，可以更深入地揭示煤岩变形特征和灾害机理。
现有的对煤岩内部细观损伤进行探测的技术主要包括：扫描电子显微镜、透射电镜、长距离高倍显微镜和CT扫描仪等。扫描电子显微镜是用极细的电子束在样品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体。扫描电子显微镜的分辨率比较高，可放大十几倍到几十万倍，可达3nm。但是，扫描电子显微镜不能揭示其动态过程中的微观机理，只能对煤岩的表面进行检测，不能得到被测目标的内部结构，而且是静态的检测过程。透视电镜是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所产生的物象，透射到荧光屏上或者形成相片进行观察，分辨率可达到0.1-0.2nm，放大倍数为几万到几十万倍，但是透射电镜的穿透力极低，很容易被物体吸收，所检测目标一般都需要超薄片形式，对试件要求极高，因此也不适合研究煤岩材料的透视；为了动态的观测煤体的变形及破裂过程，利用长距离高倍显微镜观测含瓦斯煤岩变形及破裂过程，取得了不错的实验效果，但是所得结果也只能从煤岩表面损伤裂纹进行研究，观测不到煤岩内部结构损伤变化。而工业CT(computed tomography)扫描技术作为透视检测仪器，有着其明显的优点：穿透力强、无损检测，成像清晰等。CT技术可以清晰的描绘出煤岩体内部结构的细微变化，如受载条件下的岩体内部结构破坏、演化过程，气体或者液体对于煤岩体内部结构的影响及变化规律，瓦斯吸附和渗流特征变化等。因此，利用CT扫描技术对含流体(水、气)煤岩体动态变形过程及机理进行研究是可行的方法和手段，对于研究岩体动力灾害的发生发展机理具有重要的意义。
如何利用CT扫描技术对煤岩加载过程中内部细观损伤、动态破坏进行信息采集，设计一种可实现远程自动控制的高精度科学实验力学装置，就成为本发明要解决的问题。
发明内容
煤岩细观损伤破坏是研究煤岩动力灾害，特别是煤与瓦斯突出、冲击矿压等灾害的基础，在实验力学中得到广泛实验测试。鉴于此，本发明旨在提供一种全新的、通用性强的、可重复试验的岩体细观损伤动态破坏CT扫描的远程可控加载方法及装备。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种含流体CT扫描的远程可控加载方法，包括：在CT扫描屏蔽室内的CT扫描旋转平台上安装加载机械装置，将岩体样本固定在加载机械装置中，利用传感器探测岩体样本在加载机械装置中受到轴向和/或围向压力时的表面应力变化，通过外界应变测试仪随时采集探测信息并传递到CT主控制台中；同时，CT扫描仪以固定旋转1周模式，对旋转中的岩体样本进行加载过程中的多横截面实时扫描，并发送岩体样本内部结构变化图像到CT主控制台，对应力变化与CT扫描图像进行实时分析比较，确定岩体受力变化规律。
所述岩体样本在放入加载机械装置前先做预测试试样应力破坏，得出破坏应力值，估算出试样的一般破坏应力，从零到估算破坏应力值对岩体样本进行压力受载试验。
所述多横截面实时扫描为上、中、下三横截面的岩体样本CT扫描。
所述岩体样本做轴向压力测试时，传感器的应变片与轴向平行放置；和/或岩体样本做围向压力测试时，应变片与轴向垂直放置；所述压力调节采用CT屏蔽室外的远程控制方式实现，远程控制方式包括手动和/或自动两种；所述应变片贴在岩体样本的中部偏下位置。
所述岩体样本测试前首先用细砂布将原样本的待测面进行消磨，除去氧化层，后用酒精擦拭除去污尘，之后用快速胶体将传感器的应变片粘结于待测面上，压实应变片，并用胶带粘贴紧，应变片导线与外界应变测试仪连接。
所述CT扫描屏蔽室内还设有高清摄像仪，高清摄像仪与CT主控制台连接，监控CT扫描旋转平台工作状态。
一种含流体CT扫描的远程可控加载装备，包括位于CT屏蔽室内的CT扫描旋转平台和CT扫描仪，以及位于远端CT屏蔽室外的CT主控制台，CT屏蔽室内还包括加载机械装置、旋转转换头和传感器，以及位于远端CT屏蔽室外的应变测试仪、压力容器和压力控制装置，加载机械装置固定在CT扫描旋转平台上，加载机械装置通过旋转转换头及高压管路与压力容器连通，测试用岩体样本固定在加载机械装置中，传感器的应变片连接在岩体样本表面，传输导线通过旋转转换头与应变测试仪连接，应变测试仪与CT主控制台连接，压力控制装置连接在高压管路上，压力控制装置远程调控高压管路的压力。
所述加载机械装置包括上、下卡头和中间罐体，所述上、下卡头相互配合连接，中间罐体卡紧在上、下卡头之间。上卡头内设有活塞，活塞杆外端位于中间罐体的空腔中，下卡头固定在CT扫描旋转平台上，活塞缸和中间罐体的密闭空腔通过高压管路及旋转转换头分别与压力容器连通，中间罐体空腔与高压管路连接的进出通道分别位于活塞杆和下卡头体内。
所述压力容器包括气压容器和/或液压容器，高压管路分别对应连接在气压和/或液压容器上，压力控制装置包括手动和/或自动压力控制装置，手动和/或自动压力控制装置连接在CT屏蔽室外的对应高压管路上，自动控制装置通过导线与CT主控制台连接。
一种含流体CT扫描的远程可控加载装备，还包括高清摄像仪，高清摄像仪固定在中间罐体外侧，中间罐体为透明状聚酯罐体，高清摄像仪通过导线与CT主控制台连接。
本发明所述的一种含流体CT扫描的远程可控加载方法及装备，通过在CT扫描屏蔽室内的CT扫描旋转平台上安装加载机械装置及其多种传感器，利用专门设计的传输管路和线路，通过旋转转换头与外界压力容器和应变测试仪连通，保证了加载机械装置旋转过程中管路和线路的有效连接，并通过在CT屏蔽室外的压力控制装置实现对CT屏蔽室内的远程轴向和围向加载控制，再现了岩体的受力环境，模拟了受力过程，实现了CT屏蔽室内无人操作状态下，动态加载过程中CT的实时扫描，避免了因辐射造成的危险。整个装备结构简单、性能可靠、安装方便、成本低廉、可反复使用，加载装置中采用的高强度、低密度的聚酯材料对于CT扫描密度的要求极其适合，减小了因罐体密度高、强度不够造成的CT图像质量差的缺点。整个装置可以实现充气或不充气状态下，岩体单轴加载或伪三轴加载动态过程中CT实时扫描工作，非常适合在CT扫描力学实验中推广、使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意简图。
具体实施方式
本发明的中心思想是通过在CT扫描屏蔽室内的CT扫描旋转平台上安装加载机械装置及多种传感器，利用CT屏蔽室外手动、自动压力控制装置对室内加载机械装置进行远程轴向和/或围向压力控制，实现单轴加载和/或伪三轴加载动态过程，并在CT屏蔽室内无人操作状态下完成对岩体样本动态加载过程的CT实时扫描，为准确判断应力变化对岩体样本的结构影响提供了依据。
本发明所述的一种含流体CT扫描的远程可控加载方法，具体包括：
首先，根据加载机械装置的规格选取大小合适的岩体样本，岩体样本在放入加载机械装置前，先做预测试试样应力破坏，得出破坏应力值，估算出试样的一般破坏应力，为后期进行的加载试验和特定位置的分段应力扫描做准备。
接着，将已做应力测试的岩体样本用细砂布将待侧面进行消磨，除去氧化层，保证岩体样本表面状态的准确性和真实性，然后用酒精擦拭除去表面污尘，用快速胶体将传感器的应变片粘结，压实应变片，并用胶带粘帖紧。此处，以测试岩体样本轴向压力为例，传感器的应变片与轴向平行放置，并粘贴在岩体样本表面中部偏下的位置上，应变片主要探测岩体样本在受到轴向压力时，应力最集中、表现最突出的岩体样本中部偏下位置的表面应力变化情况，为实验研究提供数据依据。而当岩体样本需要做围向压力测试时，应变片则与轴向垂直放置，甚至，也可根据测试需要，在轴向和围向同时进行应力测试，应变片相应地粘贴在岩体样本的不同的预定测试位置上。
再接着，将加载机械装置固定在CT扫描屏蔽室内的CT扫描旋转平台上，将已做应力测试的岩体样本放置在加载机械装置中，传感器的应变片导线穿过加载机械装置上的预留孔后通过旋转转换头与CT屏蔽室外的应变测试仪连通，应变测试仪可采集应变片的探测数据，并将数据传递到CT主控制台中显示。封闭加载机械装置，使岩体样本处于相对密闭状态。加载机械装置能对岩体样本提供轴向和/或围向的压力，模拟实现岩体样本在真实受压过程中内部结构的变化情况。其中，为保证CT扫描旋转平台旋转过程中各种管路的正常连接，加载机械装置上的高压管路通过旋转转换头与外界连通。旋转转换头保证了旋转过程中各种管、线与外界的正常有效连接，满足了加载机械装置的旋转需要。加载机械装置中高压管路的压力可以为气压，也可以为液压，其情况可选择而定。此处实验过程中，以液压方式产生轴向测试压力，以观测轴向压力对岩体样本的破坏过程。
最后，通过CT屏蔽室外的远程自动控制装置对岩体样本的轴向压力进行调节，压力从零到估算破坏应力值逐渐递增，以达到连续试验应变对岩体样本影响全过程的目的，粘贴在岩体样本上的应变片随时采集岩体样本表面应力变化情况并传递到应变测试仪中，并最终在CT主控制台中显示，保证了无辐射状态下的压力调控，模拟了岩体样本受轴压时的真实环境。当需采集岩体样本的应变图像时，停止加压过程，启动CT扫描仪，利用CT主控制台控制CT扫描仪以固定旋转1周的模式，对旋转中岩体样本的加载进行多截面实时扫描，采集岩体样本内部结构变化图像，此处，多横截面实时扫描为上、中、下三横截面的岩体样本CT扫描，在施加轴向压力的同时，对岩体样本的不同截面进行扫描，可以扩大探测范围，更全面、真实地反应岩体样本受到轴向压力下不同位置的内部结构变化情况。这样多次反复、分段比较应力变化与CT扫描图像之间的对应关系，最终，确定岩体受力变化规律，完成试验过程。
当然，上述远程自动控制也可为手动控制，以方便不同的试验环节，提高使用方便性。而为保证CT扫描旋转平台的可控性和可操作性，在CT扫描屏蔽室内还可设有高清摄像仪，高清摄像仪与CT主控制台连接，在CT扫描旋转平台工作时可随时通过图像对其进行监控，保证试验过程顺利进行。岩体样本所受围压通常可以用气压的方式形成，气压围绕在岩体样本周围，形成一个均匀的压力环境，模拟真实环境状况。
下面结合附图1对本发明所述一种含流体CT扫描的远程可控加载装备做进一步的详细描述：
一种含流体CT扫描的远程可控加载装备，包括位于CT屏蔽室15内的CT扫描旋转平台8、CT扫描仪、加载机械装置、旋转转换头9、传感器6和高清摄像仪14，以及位于远端CT屏蔽室外的CT主控制台11、应变测试仪10、压力容器13和压力控制装置12。
加载机械装置固定在CT扫描旋转平台8上，岩体样本4固定在加载机械装置上的密闭空腔中，加载机械装置通过旋转转换头9及高压管路与外界压力容器13连通，压力容器13分为气压容器和液压容器两种，高压管路分别对应连接在两种压力容器上，其中，加载机械装置中的围压以气压形式形成，而轴压则以液压方式实现。旋转转换头9保证了加载机械装置在旋转过程中高压管路的正常连接，保证了压力持续供给。
加载机械装置包括上、下卡头1，2和中间罐体3，上、下卡头1，2相互配合连接，中间罐体3卡紧在上、下卡头1，2之间，上、下卡头1，2和中间罐体3形成一个相对密闭的空腔，保证了岩体样本4在密闭空腔中的有效试验环境。其中，在上卡头1内还设有活塞5，活塞杆外端位于中间罐体3的空腔中，活塞杆外端作为对岩体样本4施加轴向压力的压杆使用，活塞5的缸体上进出压力通道通过高压管路和旋转转换头9与外界液压容器连通，保证产生的轴压均匀、可靠。下卡头2固定在CT扫描旋转平台8上，通过CT扫描旋转平台8带动整个加载机械装置旋转。上、下卡头1，2和中间罐体3间形成的密闭空腔通过高压管路及旋转转换头9与外界气压容器连通，通过气压方式对放置在密闭空腔中的岩体样本4形成均匀地围压，再现真实状况下岩体样本4所处环境，保证试验准确性。受结构限制和便于加工、使用，密闭空腔与高压管路连接的气体进出通道分别位于活塞杆和下卡头体内，气体进出通道的出入口分别避开了岩体样本4与密闭空腔直接相通。
传感器6的应变片连接在岩体样本4的表面，当需要岩体样本4做轴向压力测试时，传感器6的应变片与轴向平行放置，并粘贴在岩体样本4中部偏下的位置表面。岩体样本4做围向压力测试时，应变片与轴向垂直，并粘贴在岩体样本表面。当岩体样本4需同时做轴向和围向压力测试时，传感器6的应变片会相应粘贴在岩体样本4的对应表面上，以满足多方向压力下的应力变化测试。应变片上的传输导线7通过旋转转换头9与外界应变测试仪10连接，应变测试仪10与CT主控制台11连接，应变测试仪10可将采集的应力数据传递到CT主控制台11中。为保证传输导线7能够正常进出密闭空腔，在下卡头2上设有预留孔，以便导线进出。此处，传感器6的应变片与轴向平行放置，并粘贴在岩体样本4中部偏下的位置表面，以测试轴向压力对岩体样本4内部应力变化的影响。
压力控制装置12连接在CT屏蔽室外的高压管路上，压力控制装置12为了实现远程调控高压管路的压力而设置。压力控制装置12包括手动压力控制装置和自动压力控制装置，其分别对应连接在高压管路上。其中，自动控制装置通过导线与CT主控制台11连接，接受CT主控制台11的调节控制。当然，压力控制装置12也可根据需要只设置手动压力控制装置或者自动压力控制装置，其方式依具体要求而定。
高清摄像仪14固定在中间罐体3的外侧，中间罐体3选用透明的聚酯罐体，其透视性较好，对CT扫描仪发出的X-Ray放射源通过性强，可充分满足高清摄像仪14和CT扫描仪的使用需要，高清摄像仪14通过导线与CT主控制台11连接，拍摄图像可直接发送到CT主控制台11中显示，以便及时了解CT扫描旋转平台8的工作情况和岩体样本4的旋转位置。
试验过程中，首先将加载机械装置中的下卡头2固定在CT扫描旋转平台8上，岩体样本4放置在中间罐体3的空腔中，岩体样本4底部与下卡头2表面充分接触，传感器6的应变片与岩体样本4的轴向平行放置，并粘贴在岩体样本4中部偏下的位置表面，传输导线7通过预留孔被引导到密闭空腔外侧，通过旋转转换头9与应变测试仪10连通。将上卡头1与下卡头2及中间罐体3配合连接，在中间罐体3和上、下卡头1，2间形成一个密闭空腔。操作CT主控制台11控制自动压力控制装置开启，自动压力控制装置控制高压管路对岩体样本4施加轴向压力，轴向压力为液压，液压通过上卡头1中的活塞5推动活塞杆外端伸出后压在岩体样本4的顶面形成。当然，自动压力控制装置也可同时控制产生围压，围压为气压形式，气压通过位于下卡头2内的气体进出通道进入密闭空腔，在岩体样本4周围形成均匀的围压。为准确再现应变过程，轴压和围压的数值都是由零到估算破坏应力值为止，循序渐进、逐步增加的，直到岩体样本4被破坏为止。其中的估算破坏应力值为试验前对岩体样本4做预测试试样应力破坏得到。当轴压增加过程中，应变测试仪10会实时采集应变片探测到的岩体样本4表面应力变化数据，并传送到CT主控制台11中。当需要扫描某一压力下岩体样本4内部结构变化情况时，停止加载过程，开启CT扫描仪，随着CT扫描旋转平台8旋转一周，CT扫描仪对预定的岩体样本4上、中、下三个横截面进行扫描，完成某一压力下岩体样本4内部不同位置的结构图像扫描，并在CT主控制台11中显示，依次类推，直至岩体样本4被破坏，通过不断对比采集的应力变化和岩体样本内部结构图像之间的对应关系，最终完成含流体CT扫描的加载试验过程。整个试验，可通过高清摄像仪14全程记录，并随时在CT主控制台11上观察岩体样本4的运动、变化情况，并掌握CT扫描旋转平台8的转动位置，保证试验顺利、有序进行。
Claims (10)
1.一种含流体CT扫描的远程可控加载方法，其特征在于，包括：在CT扫描屏蔽室内的CT扫描旋转平台上安装加载机械装置，将岩体样本固定在加载机械装置中，利用传感器探测岩体样本在加载机械装置中受到轴向和/或围向压力时的表面应力变化，通过外界应变测试仪随时采集探测信息并传递到CT主控制台中；同时，CT扫描仪以固定旋转1周模式，对旋转中的岩体样本进行加载过程中的多横截面实时扫描，并发送岩体样本内部结构变化图像到CT主控制台，对应力变化与CT扫描图像进行实时分析比较，确定岩体受力变化规律。
2.根据权利要求1所述的一种含流体CT扫描的远程可控加载方法，其特征在于，所述岩体样本在放入加载机械装置前先做预测试试样应力破坏，得出破坏应力值，估算出试样的一般破坏应力，从零到估算破坏应力值对岩体样本进行压力受载试验。
3.根据权利要求1所述的一种含流体CT扫描的远程可控加载方法，其特征在于，所述多横截面实时扫描为上、中、下三横截面的岩体样本CT扫描。
4.根据权利要求1所述的一种含流体CT扫描的远程可控加载方法，其特征在于，所述岩体样本做轴向压力测试时，传感器的应变片与轴向平行放置；和/或岩体样本做围向压力测试时，应变片与轴向垂直放置；所述压力调节采用CT屏蔽室外的远程控制方式实现，远程控制方式包括手动和/或自动两种；所述应变片贴在岩体样本的中部偏下位置。
5.根据权利要求4所述的一种含流体CT扫描的远程可控加载方法，其特征在于，所述岩体样本测试前首先用细砂布将原样本的待测面进行消磨，除去氧化层，后用酒精擦拭除去污尘，之后用快速胶体将传感器的应变片粘结于待测面上，压实应变片，并用胶带粘贴紧，应变片导线与外界应变测试仪连接。
6.根据权利要求1所述的一种含流体CT扫描的远程可控加载方法，其特征在于，所述CT扫描屏蔽室内还设有高清摄像仪，高清摄像仪与CT主控制台连接，监控CT扫描旋转平台工作状态。
7.一种含流体CT扫描的远程可控加载装备，包括位于CT屏蔽室内的CT扫描旋转平台和CT扫描仪，以及位于远端CT屏蔽室外的CT主控制台，其特征在于，CT屏蔽室内还包括加载机械装置、旋转转换头和传感器，以及位于远端CT屏蔽室外的应变测试仪、压力容器和压力控制装置，所述加载机械装置固定在CT扫描旋转平台上，加载机械装置通过旋转转换头及高压管路与压力容器连通；所述测试用岩体样本固定在加载机械装置中，传感器的应变片连接在岩体样本表面，传输导线通过旋转转换头与应变测试仪连接，应变测试仪与CT主控制台连接；所述压力控制装置连接在高压管路上，压力控制装置远程调控高压管路的压力。
8.根据权利要求7所述的一种含流体CT扫描的远程可控加载装备，其特征在于，所述加载机械装置包括上、下卡头和中间罐体，所述上、下卡头相互配合连接，中间罐体卡紧在上、下卡头之间；所述上卡头内设有活塞，活塞杆外端位于中间罐体的空腔中；所述下卡头固定在CT扫描旋转平台上；所述活塞缸和中间罐体的密闭空腔通过高压管路及旋转转换头分别与压力容器连通，中间罐体空腔与高压管路连接的进出通道分别位于活塞杆和下卡头体内。
9.根据权利要求7所述的一种含流体CT扫描的远程可控加载装备，其特征在于，所述压力容器包括气压容器和/或液压容器，高压管路分别对应连接在气压和/或液压容器上；所述压力控制装置包括手动和/或自动压力控制装置，所述手动和/或自动压力控制装置连接在CT屏蔽室外的对应高压管路上，自动控制装置通过导线与CT主控制台连接。
10.根据权利要求7所述的一种含流体CT扫描的远程可控加载装备，其特征在于，还包括高清摄像仪，所述高清摄像仪固定在中间罐体外侧，中间罐体为透明状聚酯罐体，高清摄像仪通过导线与CT主控制台连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010521399XA CN102042989B (zh) | 2010-10-27 | 2010-10-27 | 一种含流体ct扫描的远程可控加载方法及装备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010521399XA CN102042989B (zh) | 2010-10-27 | 2010-10-27 | 一种含流体ct扫描的远程可控加载方法及装备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102042989A true CN102042989A (zh) | 2011-05-04 |
| CN102042989B CN102042989B (zh) | 2012-06-06 |
Family
ID=43909333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201010521399XA Expired - Fee Related CN102042989B (zh) | 2010-10-27 | 2010-10-27 | 一种含流体ct扫描的远程可控加载方法及装备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102042989B (zh) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102621288A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-01 | 中国矿业大学(北京) | 用于岩样试件实验的试件盒总成 |
| CN103234671A (zh) * | 2013-04-26 | 2013-08-07 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 一种钢材残余应力检测中应变片的保护方法 |
| CN105842280A (zh) * | 2016-03-26 | 2016-08-10 | 河南理工大学 | 受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置 |
| CN106053237A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-10-26 | 山东大学 | 一种岩体宏细观损伤联合跟踪的仿地震动试验机及方法 |
| CN106124731A (zh) * | 2016-06-16 | 2016-11-16 | 中国矿业大学(北京) | 一种全息投影数值化模拟实验台及应用方法 |
| CN106353347A (zh) * | 2015-07-21 | 2017-01-25 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验系统及流体压力加载装置 |
| CN106353177A (zh) * | 2015-07-21 | 2017-01-25 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验系统及同步旋转装置 |
| WO2017012465A1 (zh) * | 2015-07-21 | 2017-01-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验系统 |
| CN106706676A (zh) * | 2015-07-21 | 2017-05-24 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验方法及试验系统 |
| CN107764659A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-06 | 河南理工大学 | 一种低温液氮冲击下的煤岩力学测试装置及方法 |
| CN109339759A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-02-15 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 高能ct超深层钻井压裂一体化工程试验设备 |
| CN109521101A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-03-26 | 太原理工大学 | 一种基于岩石实时破坏的信息采集装置及方法 |
| CN110308166A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-10-08 | 中国矿业大学 | 利用x射线测定煤岩中水分含量与分布的实验装置及方法 |
| CN111335951A (zh) * | 2020-02-24 | 2020-06-26 | 河南理工大学 | 矿用巷道失稳监测装置及其监测方法 |
| CN112881441A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-06-01 | 大连理工大学 | 一种用于低温高压样品ct扫描的无限旋转装置 |
| CN113310826A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-27 | 中南大学 | 一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5297420A (en) * | 1993-05-19 | 1994-03-29 | Mobil Oil Corporation | Apparatus and method for measuring relative permeability and capillary pressure of porous rock |
| CN2924518Y (zh) * | 2006-04-18 | 2007-07-18 | 长江水利委员会长江科学院 | 全方位扫描岩土ct三轴仪 |
| CN201876389U (zh) * | 2010-10-27 | 2011-06-22 | 中国矿业大学(北京) | 一种含流体ct扫描的远程可控加载装置 |
-
2010
- 2010-10-27 CN CN201010521399XA patent/CN102042989B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5297420A (en) * | 1993-05-19 | 1994-03-29 | Mobil Oil Corporation | Apparatus and method for measuring relative permeability and capillary pressure of porous rock |
| CN2924518Y (zh) * | 2006-04-18 | 2007-07-18 | 长江水利委员会长江科学院 | 全方位扫描岩土ct三轴仪 |
| CN201876389U (zh) * | 2010-10-27 | 2011-06-22 | 中国矿业大学(北京) | 一种含流体ct扫描的远程可控加载装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《中国科技论文在线》 20091130 聂百胜等 煤矿煤岩瓦斯动力灾害预防理论与技术进展 795-801 1-10 第4卷, 第11期 2 * |
Cited By (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102621288A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-01 | 中国矿业大学(北京) | 用于岩样试件实验的试件盒总成 |
| CN102621288B (zh) * | 2012-03-31 | 2014-07-09 | 中国矿业大学(北京) | 用于岩样试件实验的试件盒总成 |
| CN103234671A (zh) * | 2013-04-26 | 2013-08-07 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 一种钢材残余应力检测中应变片的保护方法 |
| CN106706676B (zh) * | 2015-07-21 | 2019-07-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验方法及试验系统 |
| US9880114B2 (en) | 2015-07-21 | 2018-01-30 | China University Of Mining And Technology, Beijing | Industrial CT scanning test system and fluid pressure loading apparatus |
| CN106353177B (zh) * | 2015-07-21 | 2019-02-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验系统及同步旋转装置 |
| CN106353347A (zh) * | 2015-07-21 | 2017-01-25 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验系统及流体压力加载装置 |
| CN106353177A (zh) * | 2015-07-21 | 2017-01-25 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验系统及同步旋转装置 |
| WO2017012466A1 (zh) * | 2015-07-21 | 2017-01-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验系统及流体压力加载装置 |
| GB2547616B (en) * | 2015-07-21 | 2019-01-09 | Univ China Mining | Industrial CT scanning test system |
| CN106370675A (zh) * | 2015-07-21 | 2017-02-01 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验系统 |
| CN106706676A (zh) * | 2015-07-21 | 2017-05-24 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验方法及试验系统 |
| GB2547616A (en) * | 2015-07-21 | 2017-08-23 | Univ China Mining & Technology Beijing | Industrial CT scanning test system |
| GB2550068A (en) * | 2015-07-21 | 2017-11-08 | Univ China Mining & Technology Beijing | Industrial CT scanning test system and fluid pressure loading apparatus |
| CN106370675B (zh) * | 2015-07-21 | 2019-02-19 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验系统 |
| US9891178B2 (en) | 2015-07-21 | 2018-02-13 | China University Of Mining And Technology, Beijing | Industrial CT scanning test system |
| WO2017012465A1 (zh) * | 2015-07-21 | 2017-01-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种工业ct扫描试验系统 |
| GB2550068B (en) * | 2015-07-21 | 2018-03-28 | Univ China Mining | Industrial CT scanning test system and fluid pressure loading apparatus |
| CN105842280B (zh) * | 2016-03-26 | 2018-07-24 | 河南理工大学 | 受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置 |
| CN105842280A (zh) * | 2016-03-26 | 2016-08-10 | 河南理工大学 | 受压煤体煤氧化升温特性参数测定装置 |
| CN106124731A (zh) * | 2016-06-16 | 2016-11-16 | 中国矿业大学(北京) | 一种全息投影数值化模拟实验台及应用方法 |
| CN106053237A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-10-26 | 山东大学 | 一种岩体宏细观损伤联合跟踪的仿地震动试验机及方法 |
| CN107764659B (zh) * | 2017-11-24 | 2024-01-05 | 河南理工大学 | 一种低温液氮冲击下的煤岩力学测试装置及方法 |
| CN107764659A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-06 | 河南理工大学 | 一种低温液氮冲击下的煤岩力学测试装置及方法 |
| CN109339759A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-02-15 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 高能ct超深层钻井压裂一体化工程试验设备 |
| CN109521101A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-03-26 | 太原理工大学 | 一种基于岩石实时破坏的信息采集装置及方法 |
| CN110308166A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-10-08 | 中国矿业大学 | 利用x射线测定煤岩中水分含量与分布的实验装置及方法 |
| WO2021003996A1 (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-14 | 中国矿业大学 | 利用x射线测定煤岩中水分含量与分布的实验装置及方法 |
| CN110308166B (zh) * | 2019-07-05 | 2020-06-05 | 中国矿业大学 | 利用x射线测定煤岩中水分含量与分布的实验装置及方法 |
| CN111335951A (zh) * | 2020-02-24 | 2020-06-26 | 河南理工大学 | 矿用巷道失稳监测装置及其监测方法 |
| CN111335951B (zh) * | 2020-02-24 | 2022-02-08 | 河南理工大学 | 矿用巷道失稳监测装置的监测方法 |
| CN112881441A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-06-01 | 大连理工大学 | 一种用于低温高压样品ct扫描的无限旋转装置 |
| CN112881441B (zh) * | 2021-01-22 | 2022-10-11 | 大连理工大学 | 一种用于低温高压样品ct扫描的无限旋转装置 |
| CN113310826A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-27 | 中南大学 | 一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置及方法 |
| CN113310826B (zh) * | 2021-05-27 | 2023-12-05 | 中南大学 | 一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102042989B (zh) | 2012-06-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102042989B (zh) | 一种含流体ct扫描的远程可控加载方法及装备 | |
| CN201876389U (zh) | 一种含流体ct扫描的远程可控加载装置 | |
| Yin et al. | A new experimental apparatus for coal and gas outburst simulation | |
| CN108124460B (zh) | 智能数控超高压真三维非均匀加卸载与稳压模型试验系统 | |
| CN107389449B (zh) | 一种矿山充填材料压缩特性实验装置及其实验方法 | |
| CN101846606B (zh) | 土与结构相互作用的接触面剪切试验可视化装置 | |
| CN109882183B (zh) | 一种富水松散破碎煤岩体注浆固结实验装置及效果评价方法 | |
| CN110954676A (zh) | 用于模拟盾构下穿既有隧道施工可视化试验装置 | |
| CN201673094U (zh) | 土与结构相互作用的接触面剪切试验可视化装置 | |
| CN104155188A (zh) | 一种天然气水合物沉积物力学特性可视化试验装置 | |
| CN108872530A (zh) | 一种模拟非对称小净距隧道开挖过程的大型模型试验装置 | |
| CN103868799B (zh) | 非常规油气储集层岩石力学特征分析仪 | |
| CN109443928A (zh) | 工业ct机配套便携式岩土力学实时加载试验装置 | |
| CN103821183A (zh) | 一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置 | |
| CN103398902A (zh) | 高地应力柔性加载瞬间卸载试验装置及试验方法 | |
| CN105606773B (zh) | 一种矿用封孔材料性能测试装置及其使用方法 | |
| Lu et al. | Fracture evolution in mudstone specimens containing a pre-existing flaw under true triaxial compression | |
| CN110823612A (zh) | 隧道围岩衬砌复合结构受力防水试验系统与方法 | |
| CN107907589A (zh) | 高压三轴声学测试系统 | |
| CN102175583B (zh) | 一种可控温度土体三轴渗透试验装置 | |
| Huang et al. | Quantification of cracks and the evolution of permeability for reservoir rock under coupled THM: equipment development and experimental research | |
| CN105699202A (zh) | 一种测量岩体力学参数的液压装置 | |
| Li et al. | Experimental study on evolution of pore structure of inclined layered cemented tailings backfill based on X-ray CT | |
| CN107703031A (zh) | 一种气压驱动松散体注浆模拟试验装置及试验方法 | |
| CN207439829U (zh) | 原级配粗粒土压缩试验装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120606 Termination date: 20181027 |