CN106769435A - 一种采用ct对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机 - Google Patents

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Abstract

一种采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，属于岩石力学与岩石试验技术领域，所述试验机包括上压盖、下压盖、套筒与旋转底座，上压盖与下压盖分别连接于套筒的上下两端，套筒内设有上压头与下压头，上压头置于上压盖下表面，下压头置于下压盖上表面，上压头下表面与下压头上表面相互平行且垂直于套筒轴线，上压头沿套筒轴线方向开有第一通孔，第一通孔内设有热源发生装置，下压盖沿套筒轴线方向开有第二通孔和第三通孔，下压盖固定于旋转底座上，旋转底座内设有液压控制系统，液压控制系统连接有轴压管路与围压管路，轴压管路与第二通孔相连，围压管路与第三通孔相连。本发明所述试验机可实现对岩石试件连续加载的同时进行CT扫描。

Description

一种采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机
技术领域
本发明属于岩石力学与岩石试验技术领域，特别是涉及一种采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机。
背景技术
在做岩石加载试验时，随着对岩石施加压力的逐渐增大，岩石内部将逐渐地发生破裂，使得岩石试件的强度逐渐下降，直至最后岩石破坏。岩石的力学特征研究，就是根据岩石试验机测得的岩石试件压力与位移量的关系来推断岩石的破坏过程，而在岩石破坏的发展过程中，裂缝的产生、扩展和贯通起着关键性作用。
近年来，国内外的岩石力学研究者为了深入研究岩石的破坏过程，通常采用照相手段来观测岩石在加载过程中裂隙的扩展状况。随着CT技术的发展，人们试图将CT扫描技术应用于岩石破坏过程的研究，即在对岩石加载的同时进行CT扫描，以观测岩石内部裂隙的衍生-扩展过程。但由于常规岩石试验机设备庞大，大多数是针对Ф50mm×100mm尺寸的标准试件所设计，这些试验机由电动机驱动蜗轮蜗杆减速机，再通过同步齿形皮带传动两根丝杠带动移动横梁升降，因此无法利用CT设备实时观测岩石试件破裂的过程，只能将加载后的试件从试验机中取下扫描，然后再将试件装入试验机加载之后再扫描，如此反复进行。这样操作所带来的直接影响就是不能反映岩石连续加载变形过程，且操作繁琐麻烦。另外，在反复加载、卸载、移动过程中，容易导致试件受到不必要的损伤。因此，需要一种新的结构来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，该试验机可实现对岩石试件连续加载的同时进行CT扫描。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，包括上压盖、下压盖、套筒与旋转底座，所述上压盖与下压盖分别连接于套筒的上下两端，使套筒内形成封闭空间，所述套筒内设置有上压头与下压头，所述上压头置于上压盖的下表面，下压头置于下压盖的上表面，上压头的下表面与下压头的上表面相互平行且均垂直于套筒的轴线，所述上压头与下压头之间用于安放岩石试件，所述上压头沿套筒轴线方向开设有第一通孔，所述第一通孔内设置有热源发生装置，所述下压盖沿套筒轴线方向开设有第二通孔和至少一个第三通孔，所述第二通孔位于下压头的下面，第三通孔位于下压头与套筒内壁之间，下压盖固定于旋转底座上，所述旋转底座内设置有液压控制系统，所述液压控制系统连接有轴压管路与围压管路，所述轴压管路与围压管路用于向套筒内注入液压油，其中轴压管路与第二通孔相连，围压管路与第三通孔相连。
所述下压盖的上表面设置有凹槽，所述凹槽形状与下压头形状一致，下压头置于所述凹槽内。
所述第二通孔位于所述凹槽的中心处。
所述上压盖沿套筒轴线方向开有第四通孔，所述上压头上表面设置有凸起，所述凸起与第四通孔形状一致，且凸起置于第四通孔内。
所述热源发生装置采用热辐射发生装置。
所述上压盖和下压盖与套筒之间均采用螺纹连接。
所述热源发生装置与液压控制系统均无线连接于无线数据控制台。
所述套筒采用的材质密度小于套筒内岩石试件的密度。
所述套筒为圆环形套筒。
所述旋转底座内部置有液压泵与供电装置。
本发明的有益效果：
本发明供了一种采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，该试验机结构小巧紧凑，可对小于标准试件尺寸的微小岩石试件进行加载试验，并能够与CT扫描设备在线配合使用，实现在对岩石试件连续加载的同时进行CT扫描，可清楚的看到岩石试件内的细微裂隙及裂隙的扩展状况，避免了重复加载时对岩石试件的损伤和繁琐过程。并且由于在上压头内设置有热源发生装置，因此在试验中可选择的进行试件的热力耦合加载，并测量岩石试件在热力耦合作用下的变形以及破坏情况。
附图说明
图1是本发明采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机的结构示意图；
图中：1-上压盖，2-下压盖，3-套筒，4-旋转底座，5-上压头，6-下压头，7-第一通孔，8-热源发生装置，9-第二通孔，10-第三通孔，11-液压控制系统，12-轴压管路，13-围压管路，14-凹槽，15-第四通孔，16-凸起，17-液压泵，18-供电装置，19-CT扫描仪，20-岩石试件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，属于岩石力学与岩石试验技术领域设备，用于在研究岩石的破坏试验过程中，实时观测岩石在加载过程中裂隙的扩展状况。
本发明采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机包括上压盖1、下压盖2、套筒3与旋转底座4，上压盖1与下压盖2分别连接于套筒3的上下两端，使套筒3内形成封闭空间，套筒3采用的材质密度小于套筒3内岩石试件20的密度，以便于在使用CT扫描仪19扫描时，岩石试件20的成像，同时又要确保套筒3的强度。在本实施例中，岩石试件20尺寸为Ф5mm×10mm的微小试件，材质选用的是煤岩体，套筒3为圆环形套筒，材质选用的是铝合金。上压盖1和下压盖2与套筒3之间均采用螺纹连接，便于安装与更换岩石试件20。在本实施例中，套筒3两端为外螺纹，上压盖1与下压盖2设置有内螺纹。套筒3内设置有上压头5与下压头6，上压头5置于上压盖1的下表面，下压头6置于下压盖2的上表面，上压头5的下表面与下压头6的上表面相互平行且均垂直于套筒3的轴线，上压头5与下压头6之间用于安放岩石试件20，上压头5与下压头6可对岩石试件20均匀加压，避免直接对岩石试件20加载时受力不均。在本实施例中，上压盖1沿套筒3轴线方向开有第四通孔15，上压头5上表面设置有凸起16，凸起16与第四通孔15形状一致，且凸起16置于第四通孔15内，用于对上压头5进行定位，防止在对岩石试件20加载时发生偏移。上压头5沿套筒3轴线方向开设有第一通孔7，第一通孔7内设置有热源发生装置8，热源发生装置8采用热辐射发生装置，以提高对岩石试件20的升温加热速度，热源发生装置8可选用无线连接于无线数据控制台，以控制和接收热源发生装置8的工作情况。在本实施例中，热辐射发生装置选用红外加热，且第一通孔7置于上压头5中心处，以使加热均匀。
下压盖2沿套筒3轴线方向开设有第二通孔9和至少一个第三通孔10，第二通孔9位于下压头6的下面，用于通入液压油以对岩石试件20施加轴压，第三通孔10位于下压头6与套筒3内壁之间，用于向套筒3内通入液压油以对岩石试件20施加围压。在本实施例中，第三通孔10的数量为两个，且在套筒3内对称分布，在加快向套筒3内注入液压油的速度、缩短时间的同时，也使得对岩石试件20施加的围压更加均匀。下压盖2的上表面设置有凹槽14，凹槽14形状与下压头6形状一致，下压头6置于凹槽14内，用于对下压头6进行定位，防止在对岩石试件20加载时发生偏移。在本实施例中，第二通孔9位于凹槽14的中心处，以使岩石试件20受力均衡。下压盖2固定于旋转底座4上，旋转底座4置于CT扫描设备的回转台上，并可随着回转台一起旋转。旋转底座4内设置有液压控制系统11，液压控制系统11可选用无线连接于无线数据控制台，以控制和接收液压控制系统11的工作情况。液压控制系统11连接有轴压管路12与围压管路13，轴压管路12与围压管路13用于向套筒3内注入液压油，其中轴压管路12与第二通孔9相连，围压管路13与第三通孔10相连。旋转底座4内部置有液压泵17与供电装置18，液压泵17用于提供动力来源，供电装置18用于对液压泵17与热源发生装置8供电。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程。
如图1所示，在使用本装置进行试验前，需首先将本发明试验机的旋转底座4固定于CT扫描设备的回转台上，打开上压盖1并取出上压头5，在下压头6上放置岩石试件20，确保岩石试件20的上、下表面平整，并与上压头5和下压头6的中心位于同一纵向直线上；之后，回装上压头5与上压盖1，将上压盖1与套筒3旋紧，使套筒3内形成封闭空间，并使套筒3与岩石试件20位于CT扫描仪19前。
进行加载试验时，首先启动供电装置18，并通过无线数据控制台控制热源发生装置8的加热温度，并同时设定施加于岩石试件20的轴压与围压的压力值大小。此时，液压控制系统11根据接收到的指令向套筒3内注入液压油，通过轴压管路12与第二通孔6的液压油作用于下压头6的下表面，以对岩石试件20施加轴向压力；通过围压管路13与第三通孔10的液压油注满套筒3内部，以对岩石试件20周边施加围压，在达到设定值以后，保持压力不变。之后，启动CT扫描设备，岩石试件20随扫描设备旋转台一起旋转，从而完成CT扫描仪19对岩石试件20的扫描，并获得岩石试件20内部的裂隙图像。然后，通过无线数据控制台改变轴压与围压的压力值设定，使液压控制系统11向套筒3内继续注入液压油，以增大轴压与围压的压力大小，在达到设定值以后，保持套筒3内压力不变，并启动CT扫描仪19进行再次扫描。如此重复，直至岩石试件20被破坏，试验结束，从而得到岩石试件20在热力耦合作用下，内部裂隙的完整破坏过程图像。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，其特征在于，包括：上压盖、下压盖、套筒与旋转底座，所述上压盖与下压盖分别连接于套筒的上下两端，使套筒内形成封闭空间，所述套筒内设置有上压头与下压头，所述上压头置于上压盖的下表面，下压头置于下压盖的上表面，上压头的下表面与下压头的上表面相互平行且均垂直于套筒的轴线，所述上压头与下压头之间用于安放岩石试件，所述上压头沿套筒轴线方向开设有第一通孔，所述第一通孔内设置有热源发生装置，所述下压盖沿套筒轴线方向开设有第二通孔和至少一个第三通孔，所述第二通孔位于下压头的下面，第三通孔位于下压头与套筒内壁之间，下压盖固定于旋转底座上，所述旋转底座内设置有液压控制系统，所述液压控制系统连接有轴压管路与围压管路，所述轴压管路与围压管路用于向套筒内注入液压油，其中轴压管路与第二通孔相连，围压管路与第三通孔相连。
2.根据权利要求1所述的采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，其特征在于：所述下压盖的上表面设置有凹槽，所述凹槽形状与下压头形状一致，下压头置于所述凹槽内。
3.根据权利要求2所述的采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，其特征在于：所述第二通孔位于所述凹槽的中心处。
4.根据权利要求1所述的采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，其特征在于：所述上压盖沿套筒轴线方向开有第四通孔，所述上压头上表面设置有凸起，所述凸起与第四通孔形状一致，且凸起置于第四通孔内。
5.根据权利要求1所述的采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，其特征在于：所述热源发生装置采用热辐射发生装置。
6.根据权利要求1所述的采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，其特征在于：所述上压盖和下压盖与套筒之间均采用螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，其特征在于：所述热源发生装置与液压控制系统均无线连接于无线数据控制台。
8.根据权利要求1所述的采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，其特征在于：所述套筒采用的材质密度小于套筒内岩石试件的密度。
9.根据权利要求1所述的采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，其特征在于：所述套筒为圆环形套筒。
10.根据权利要求1所述的采用CT对岩石实时细观扫描的热力耦合加载试验机，其特征在于：所述旋转底座内部置有液压泵与供电装置。
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