CN105928793B - 置于转台上的岩石力学试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种置于转台上的岩石力学试验机。主要包括：基座、转台、试验机底板、压力室下加强板、压力室上加强板、压力室和伺服缸；转台通过螺钉固定在基座上，试验机底板的下表面与转台通过止口配合，实现同心旋转；压力室的下端、压力室下加强板通过螺钉与试验机底板固定连接，压力室的上端、压力室上加强板通过螺钉与伺服缸固定连接。本发明实施例的岩石力学试验机在实现岩土试样轴向加载的同时，还实现了360度无遮挡CT扫描。将整个岩石力学试验机装置放在一个转台上，加载装置与转台分离，轴向加载的载荷对于转台来说是试验机加载装置的内力，既保证了试验机刚度，又实现了旋转精度，提高了实验结果的准确性。

Description

置于转台上的岩石力学试验机
技术领域
本发明涉及岩土试验机技术领域，尤其涉及一种置于转台上的岩石力学试验机。
背景技术
岩土试验机是为研究岩土的应力、应变关系的一种基础科学试验仪器，由轴压系统、围压系统和温度控制系统组成，工作原理是通过轴压系统对试样施加轴向试样力，通过压力室对试样施加围压，同时通过温度控制系统使试样的上、下端面、试样中部分别处在不同的温度环境下，从而模拟试样在不同温度下的多种实际工况。但是传统的岩土试验机难以观测到材料的内部结构因而更无法测得岩体内部不同性质材料的真实几何分布情况。随着计算机技术的不断完善和发展，CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)识别技术被应用到岩土试验中来。为了在试验过程中对岩土试样各个纵向截面的变形情况进行动态观测，就要解决岩土试样与CT扫描仪的相对转动问题。
中国科学院兰州冰川冻土研究所曾采用CT测试技术开展过岩土三轴试验。他们采用的是将应变式三轴压力室直接放到CT机中进行扫描，这种CT扫描方法只适合于压力室轴向压力和周围压力较低的场合，对大型岩土试验机不适用。
发明专利CN 200620096213.X公开了一种全方位扫描岩土CT三轴仪，它是一种全非金属制作的三轴仪，不但能进行横向断面的扫描，而且能进行纵向(轴向)断面的扫描。但也只适用于轴压和围压较小的场合，对大型岩土试验机不适用。大型岩土试验机的轴压、围压较大，须使用金属制作试样筒，这样必须相应的使用高能CT机。由于大型岩土试验机体积较大，不能直接放入高能CT机中扫描，所以须将试验机的试样筒部分设计为可旋转部件。
发明内容
本发明的实施例提供了一种置于转台上的岩石力学试验机，以有效地解决岩土试样与CT扫描仪的相对转动问题。
本发明提供了如下方案：
一种置于转台上的岩石力学试验机，包括：基座(1)、转台(2)、试验机底板(3)、压力室下加强板(4)、压力室上加强板(27)、压力室(5)和伺服缸(6)；
所述转台(2)通过螺钉固定在所述基座(1)上，所述试验机底板(3)的下表面与所述转台(2)通过止口配合，实现同心旋转，并通过螺钉和所述转台(2)固定连接；
所述压力室(5)的下端、所述压力室下加强板(4)通过螺钉与所述试验机底板(3)固定连接，所述压力室(5)的上端、所述压力室上加强板(27)通过螺钉与所述伺服缸(6)固定连接。
进一步地，所述压力室(5)的内部设置有岩土试样(24)、位移传感器(25)和试样垫块(26)，并通过密封圈(16)实现密封，所述压力室(5)对所述岩土试样(24)提供围压。
进一步地，所述岩土试样(24)加工成圆柱状，所述岩土试样(24)的上下两端分别放置上垫片和下垫片，所述下垫片与所述试验机底板(3)连接，所述上垫片与伺服缸活塞杆(7)连接。
进一步地，所述试验机底板(3)的上表面开有与压力室(5)连接的螺栓孔、放置O型圈的密封槽、与压力室(5)内部连通的油路。
进一步地，所述试验机底板(3)的上表面中心开有锥形凸槽，与所述岩土试样(24)的下垫片中心的锥形凹起配合，伺服缸活塞(7)的下表面中心开有锥形凸槽，与岩土试样(24)上垫片中心的锥形凹起配合。
进一步地，所述伺服缸活塞(7)与所述伺服缸(6)配合，伺服缸顶盖(8)的下部与伺服缸(6)固定连接，伺服缸顶盖(8)的上部固定连接伺服阀底板(9)和电液伺服阀(10)。
进一步地，所述旋转供液器(13)的旋转部分固定在控制器(12)的支撑架上，通过连接管与伺服缸底板(9)内部油路连通，旋转供液器(13)的固定部分通过液压软管(22)与外部液压站连通，实现围压和伺服缸供油。
进一步地，所述控制器(12)放置于由支撑杆(20)、螺钉六(21)固定的支撑架上。
进一步地，所述压力室(5)为中间细两头粗的筒状，中间薄细部分用于CT扫描，两头粗大的法兰部分用于连接。
进一步地，将射线源30和工业CT31分布在所述岩石力学试验机的两侧。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的置于转台上的岩石力学试验机在实现岩土试样轴向加载的同时，还实现了360度无遮挡CT扫描。试验机旋转的力矩由试样筒承担，保证了岩土试样只承受轴向力。将整个岩石力学试验机的加载放置放在一个转台上，加载装置与转台分离，轴向加载的载荷对于转台来说是试验机加载装置的内力，对转台没有影响，转台只承受试验机的重量载荷。既保证了试验机刚度，又实现了旋转精度，进而提高了实验结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种置于转台上的岩石力学试验机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种置于转台上的岩石力学试验机的工作场景示意图；
图中：基座1，转台2，试验机底板3，压力室下加强板4，压力室5，伺服缸6，伺服缸活塞7，伺服缸顶盖8，伺服阀底板9，电液伺服阀10，控制器12，旋转供液器13，螺钉一14，螺钉二15，密封圈16，螺钉三17，螺钉四18，螺钉五19，支撑杆20，螺钉六21，液压软管22，试样24，位移传感器25，试样垫块26，压力室上加强板27，射线源30，工业CT31。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例将试验机的压力室与加载伺服液压缸设计于一体，加载力的反力由压力室自身承担，并且置于一个转台之上。加载装置与转台分离，轴向加载的载荷对于转台来说是试验机加载装置的内力，对转台没有影响，转台只承受试验机的重量载荷。这样采用压力室外壁作为试验机反力架，解决了CT扫描遮挡问题而又避免了加载条件下旋转引发的旋转精度、试验机刚度等问题。
下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构及工作原理。
本发明实施例提供的一种置于转台上的岩石力学试验机的结构如图1所示，包括基座1，转台2，试验机底板3，压力室下加强板4，压力室5，伺服缸6，伺服缸活塞7，伺服缸顶盖8，伺服阀底板9。
转台2通过螺钉一14固定在基座1上。试验机底板(3)为圆形压力室固定底板，下表面与转台(2)通过止口配合，实现同心旋转，并通过螺钉二(15)和转台(2)固定在一起。
试验机底板(3)的上表面开有与压力室(5)连接的螺栓孔、放置O型圈的密封槽、与压力室(5)内部连通的油路。压力室(5)为中间细两头粗的筒状，中间薄细部分的壁厚较薄，用于CT扫描，两头粗大的法兰部分用于连接。压力室5的下端、压力室下加强板4通过螺钉三17与试验机底板3固定连接，压力室5的上端、压力室上加强板27通过螺钉四18与伺服缸6固定。
压力室(5)的内部设置有岩土试样(24)、位移传感器(25)和试样垫块(26)，并通过密封圈(16)实现密封，压力室(5)对岩土试样(24)提供围压。岩土试样(24)加工成圆柱状，上下两端分别放置上垫片和下垫片，下垫片与试验机底板(3)连接，上垫片与伺服缸活塞杆(7)连接。
试验机底板(3)的上表面中心开有锥形凸槽，与岩土试样(24)的下垫片中心的锥形凹起配合，伺服缸活塞(7)的下表面中心开有锥形凸槽，与岩土试样(24)上垫片中心的锥形凹起配合。
伺服缸活塞(7)与伺服缸(6)配合，伺服缸顶盖(8)的下部与伺服缸(6)固定连接，伺服缸顶盖(8)的上部固定连接伺服阀底板(9)和电液伺服阀(10)。旋转供液器(13)的旋转部分固定在控制器12的支撑架上，通过连接管与伺服缸底板(9)内部油路连通，旋转供液器(13)的固定部分通过液压软管(22)与外部液压站连通，实现围压和伺服缸供油。控制器(12)放置于由支撑杆(20)、螺钉六(21)固定的支撑架上。
本发明实施例提供的一种置于转台上的岩石力学试验机的工作场景示意图如图2所示，射线源30和工业CT31分布在岩石力学试验机的两侧。
本发明实施例的置于转台上的岩石力学试验机的具体工作原理如下：
通过旋转供液器13对压力室5内部试样24实施围压加载，伺服缸活塞7向下动作对试样24实现轴向加载。同时，位移传感器25，控制器12，伺服缸6构成反馈回路，控制伺服缸活塞7轴向载荷的施加。
加载过程中转台2转动，实现360度水平旋转，射线源30，工业CT31完成扫描。
综上所述，本发明实施例的置于转台上的岩石力学试验机在实现岩土试样轴向加载的同时，还实现了360度无遮挡CT扫描。试验机旋转的力矩由试样筒承担，保证了岩土试样只承受轴向力。将整个岩石力学试验机的加载放置放在一个转台上，加载装置与转台分离，轴向加载的载荷对于转台来说是试验机加载装置的内力，对转台没有影响，转台只承受试验机的重量载荷。既保证了试验机刚度，又实现了旋转精度，进而提高了实验结果的准确性。
本发明实施例的置于转台上的岩石力学试验机通过在垫片上设置锥形凸起，既保证了岩土试样的旋转中心又保证了对岩土试样轴向加载的均匀性。这样便于应用工业CT连续扫描岩土试样在轴向加载的情况下的内部动态，有利于深化岩土力学的研究。本发明实施例中的伺服液压缸设计多功能于一体，既充当了压力室端盖实现压力室密封，又可作为伺服缸使用。结构紧凑，显著提高整个岩石试验机的结构刚度。
本发明实施例的置于转台上的岩石力学试验机使用旋转供液器为伺服缸和压力室供液，解决了普通试验机旋转条件下无法供液加载的问题。实现了岩石试样可以在被加载的同时精确地旋转，可以用工业CT不断扫描图像，看到岩石被压裂的裂纹发生与发展过程，对进一步研究岩石力学具有重要的意义。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件单元的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种置于转台上的岩石力学试验机，其特征在于，包括：基座(1)、转台(2)、试验机底板(3)、压力室下加强板(4)、压力室上加强板(27)、压力室(5)、伺服缸(6)和旋转供液器(13)；
所述转台(2)通过螺钉固定在所述基座(1)上，所述试验机底板(3)的下表面与所述转台(2)通过止口配合，实现同心旋转，并通过螺钉和所述转台(2)固定连接；
所述压力室(5)的下端、所述压力室下加强板(4)通过螺钉与所述试验机底板(3)固定连接，所述压力室(5)的上端、所述压力室上加强板(27)通过螺钉与所述伺服缸(6)固定连接；所述压力室(5)的内部设置有岩土试样(24)、位移传感器(25)和试样垫块(26)，并通过密封圈(16)实现密封，所述压力室(5)对所述岩土试样(24)提供围压；
所述岩土试样(24)加工成圆柱状，所述岩土试样(24)的上下两端分别放置上垫片和下垫片，所述下垫片与所述试验机底板(3)连接，所述上垫片与伺服缸活塞杆(7)连接；
所述试验机底板(3)的上表面中心开有锥形凸槽，与所述岩土试样(24)的下垫片中心的锥形凹起配合，伺服缸活塞(7)的下表面中心开有锥形凸槽，与岩土试样(24)上垫片中心的锥形凹起配合；
所述伺服缸活塞(7)与所述伺服缸(6)配合，伺服缸顶盖(8)的下部与伺服缸(6)固定连接，伺服缸顶盖(8)的上部固定连接伺服阀底板(9)和电液伺服阀(10)；
所述旋转供液器(13)的旋转部分固定在控制器(12)的支撑架上，通过连接管与伺服缸底板(9)内部油路连通，旋转供液器(13)的固定部分通过液压软管(22)与外部液压站连通，实现围压和伺服缸供油。
2.根据权利要求1所述的置于转台上的岩石力学试验机，其特征在于，所述试验机底板(3)的上表面开有与压力室(5)连接的螺栓孔、放置O型圈的密封槽、与压力室(5)内部连通的油路。
3.根据权利要求1所述的置于转台上的岩石力学试验机，其特征在于，所述控制器(12)放置于由支撑杆(20)、螺钉六(21)固定的支撑架上。
4.根据权利要求1所述的置于转台上的岩石力学试验机，其特征在于，所述压力室(5)为中间细两头粗的筒状，中间薄细部分用于CT扫描，两头粗大的法兰部分用于连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的置于转台上的岩石力学试验机，其特征在于，将射线源(30)和工业CT(31)分布在所述岩石力学试验机的两侧。
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