CN106769518A - 具有超声扫描功能的单轴实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有超声扫描功能的单轴实验装置，解决了现有单轴实验装置功能单一、无法对试样裂隙定位的问题，技术方案包括上段轴压缸筒和下段的围压缸筒，所述轴压缸筒顶部设有顶盖，所述围压缸筒底部设有底盖，所述轴压缸筒内设有轴向活塞，所述轴向活塞的活塞杆端部穿过轴压缸筒伸至围压缸筒内，所述底盖的顶面由中心部和周部组成，所述中心部设有与所述活塞杆端部对应的试样台，所述周部设有围绕所述试样台的环形轨道，所述环形轨道上设有可在轨道上移动的超声扫描装置。本发明结构简单、操作简便、可靠性好，在单轴实验中加入超声扫描功能，快速有效的对试样裂隙定位。

Description

具有超声扫描功能的单轴实验装置
技术领域
本发明涉及一种用于岩石的实验装置，具体的说是一种单轴实验装置。
背景技术
岩石作为一种特殊的工程介质，在复杂的岩石工程中经历复杂的应力环境，当荷载达到一定的程度时，岩石内部会出现一些微小的裂隙。往往这些微小的裂隙很大程度上影响着工程的可靠性。
为了能够确定这些岩石在实际工程中的承载能力，需要对于岩石进行压力实验，单轴实验就是其中一种，它将岩石试样置于一个密闭的围压缸筒内，通过控制加载的荷载量向岩石试施加轴向压力。这种室内实验能够建立岩石试样在单轴应力作用下的本构模型，但对于裂隙的定位是实验环节中的盲区。因为试样通常为圆柱状，单轴实验时，产生的裂隙往往不规则的分布在圆柱立面圆周上而非一个平面，如何快速有效的对裂隙定位是技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、操作简便、可靠性好，在单轴实验中加入超声扫描功能，快速有效的对试样裂隙定位的具有超声扫描功能的单轴实验装置。
技术方案包括上段轴压缸筒和下段的围压缸筒，所述轴压缸筒顶部设有顶盖，所述围压缸筒底部设有底盖，所述轴压缸筒内设有轴向活塞，所述轴向活塞的活塞杆端部穿过轴压缸筒内伸至围压缸筒内，所述底盖的顶面由中心部和周部组成，所述中心部设有与所述活塞杆端部对应的试样台，所述周部设有围绕所述试样台的环形轨道，所述环形轨道上设有可在轨道上移动的超声扫描装置。
所述超声扫描装置包括底座，所述底座的顶面设有多个超声探头，所述底座的底面设有轨道轮，所述轨道轮位于所述环形轨道上并由驱动装置驱动；所述超声探头包括发射探头和接收探头。
所述底座的顶面的多个超声探头呈矩阵排列。
所述活塞杆端部连接压头。
所述压头和试样台之间设有用于包裹试样的橡胶套，所述橡胶套的上、下两端经卡箍分别固定在压头和试样台上。
为解决背景技术中的问题，发明人考虑采用在其它领域被广泛使用的超声实时扫描技术，通过超声波探头向被测物体发射超声波检测信号，由被测物体反射的超声波信号被超声波探头接收，从而可以根据反射信号来判断被测物体内部是否有缺陷，通过与之配套的设备和软件可实现时实成像、三维显示等功能。基于上述原理，发明人对现有的单轴实验装置进行了改进，在原有的组成单轴实验装置的轴压缸筒和围压缸筒的基础上，对围压缸筒的底盖进行改进，在周部设置围绕试样台的环形轨道，并在环形轨道上设有可在轨道上滑动的超声扫描装置。这样，当控制超声扫描装置工作状态下在环形轨道上环绕一圈，即可对底盖中心部试验台上的试样的立面圆周进行一圈无死角扫描，从而实现对裂缝的快速定位。
进一步的，所述超声扫描装置包括底座，所述底座的顶面设有多个超声探头，所述底座的底面设有轨道轮，所述轨道轮位于所述环形轨道上并由驱动装置驱动；这样通过控制驱动装置使轨道轮带动底座沿环形轨道移动，实现超声扫描装置以试样为中心的环绕动作。
优选的，包括发射探头和接收探头的超声探头均设置在底座的顶面，呈矩阵排列，使设备更为紧凑、易于安装和检修。发射探头向被测试样发射超声波检测信号，由被测物体反射的超声波信号被接收探头接收，通过对采集的超声波信号进行分析，从而根据反射信号来判断被测物体内部是否有缺陷。
在所述压头和试样台之间设包裹试样的橡胶套，具有固定试样的作用，避免产生裂隙过程试件发生滑落问题的发生。进一步的，根据需要，还在在试样的顶面和底面加垫透水板以达到固定试样不让压头直接接触试块的目的。
所述轴向活塞可以为气压、油压或液压为动力的轴向活塞，或者其它可提供轴向加载力的轴向活塞。
有益效果：
本发明结构简单、操作简单，仅需对现有单轴实验装置进行简单改造，加入超声扫描功能，快速有效的对试样裂隙定位。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明A-A剖视图。
图3为超声扫描装置的结构示意图。
图4为超声探头在底座顶面的布置示意图。
其中，1-轴压缸筒、2-顶盖、3-围压缸筒、4-底盖、5-轴向活塞、6-试样台、7-环形轨道、8-超声扫描装置、8.1-底座、8.2-发射探头、8.3-接收探头、8.4-轨道轮、9-压头、10-橡胶套、11-透水板、12-试样。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步解释说明：
参见图1，本发明由上段轴压缸筒1和下段的围压缸筒3组成，所述轴压缸筒1顶部设有顶盖2，所述围压缸筒3底部设有底盖4，内部形成一个相对封密的空间，所述轴压缸筒1内设有轴向活塞5，所述轴向活塞5的活塞杆端部穿过轴压缸筒1伸至围压缸筒3内与压头9连接，所述底盖4的顶面由中心部和周部组成，所述中心部设有与所述活塞杆端部对应的试样台6，所述周部设有围绕所述试样台6的环形轨道7，所述环形轨道7上设有可在轨道上移动的超声扫描装置8。
所述超声扫描装置8包括底座8.1，参见图3，所述底座8.1的顶面设有多个呈矩阵排列超声探头，所述超声探头包括发射探头8.2和接收探头8.1，本实施例中，采用有4*8二维阵列，前两列为发射探头8.2，后两列为接收探头8.1。所述底座8.1的底面设有轨道轮8.4，所述轨道轮8.4位于所述环形轨道7上并由驱动装置驱动(驱动装置在图中未示出)，所述驱动装置可以列举出采用步进电机经传动机构带动轨道轮8.4，可以采用有线或无线的方式对所述步进电机进行控制，此为现有技术，在此不作详述；另外，超声探头可通过有线或无线的方式外接信号处理设备(如PLC)，利用相关处理软件对采集的信号数据进行合成孔径处理并储存，然后进行下一个位置的扫描成像，具体方法为现有技术，在此不作详述。
所述压头9和试样台6之间设有用于包裹试样的橡胶套10，所述橡胶套10的上、下两端经卡箍分别固定在压头9和试样台6上。
工作原理：
进行轴压实验前，将试样12用橡胶10包裹后上、下垫装透水板11置于试样台6上并固定，然后将带有顶盖2的轴压缸筒1和带有底盖4的围压缸筒3经螺栓连接密封，使轴压缸筒1内轴向活塞5的活塞杆端部的压头9正好抵住试样12顶面的透水板11。
在对岩石进行单轴实验时，先正常进行单轴试验加载过程，即通过轴向活塞5轴向加压至试样达到破坏，加载压力可控，可采用气压或油压等(本实施例为气压)。
进行操声扫描检测时：控制启动超声扫描装置8，使其一边沿环形轨道7绕试样台6移动，一边通过超声探头对试样12的圆周立面进行扫描，扫描信号可以有线或无线的形式发送外接的处理器(如PLC)，扫描完成后由处理器对数据进行合成孔径处理并储存，然后进行下一个位置的扫描成像。具体地，还可根据需要对数据进一步处理得到显示的各种图像，还可将数据三维融合，进行三维显示，包括裂纹的走向、含水含气孔洞的形状、各种介质的交界面可以在与处理器连接的显示器中以图像形式显示或者通过连接的打印机打印出来。

Claims (5)

1.一种具有超声扫描功能的单轴实验装置，包括上段轴压缸筒和下段的围压缸筒，所述轴压缸筒顶部设有顶盖，所述围压缸筒底部设有底盖，所述轴压缸筒内设有轴向活塞，所述轴向活塞的活塞杆端部穿过轴压缸筒伸至围压缸筒内，其特征在于，所述底盖的顶面由中心部和周部组成，所述中心部设有与所述活塞杆端部对应的试样台，所述周部设有围绕所述试样台的环形轨道，所述环形轨道上设有可在轨道上移动的超声扫描装置。
2.如权利要求1所述的具有超声扫描功能的单轴实验装置，其特征在于，所述超声扫描装置包括底座，所述底座的顶面设有多个超声探头，所述底座的底面设有轨道轮，所述轨道轮位于所述环形轨道上并由驱动装置驱动；所述超声探头包括发射探头和接收探头。
3.如权利要求2所述的具有超声扫描功能的单轴实验装置，其特征在于，所述底座的顶面的多个超声探头呈矩阵排列。
4.如权利要求1-3任一项所述的具有超声扫描功能的单轴实验装置，其特征在于，所述活塞杆端部连接压头。
5.如权利要求4所述的具有超声扫描功能的单轴实验装置，其特征在于，所述压头和试样台之间设有用于包裹试样的橡胶套，所述橡胶套的上、下两端经卡箍分别固定在压头和试样台上。
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