CN109459319A - 用于高清图像重构与工业ct机配套的气囊式围压加载系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于高清图像重构与工业CT机配套的气囊式围压加载系统，属于岩土力学技术领域。该系统包括气囊加压装置和CT机扫描装置，气囊加压装置包括气囊压力室、伺服增压器、上下垫块、接头一、接头二、控制伺服阀门和高精度压力表；CT机扫描装置包括设于气囊压力室两侧的CT放射源和CT探测器。气囊压力室下部通过增压器接口连接伺服增压器，气囊压力室下部连接高精度压力表，气囊压力室上部和下部分别设置上垫块和下垫块。该装置通过CT机扫描技术的运用，实现对试验中试样变形破裂全过程的实时监测和试样破裂过程的高清晰图像重构，从而研究松散岩土体在不同受力条件下的破裂演化过程及岩土体在不同应力作用下变形、强度等特性。

Description

用于高清图像重构与工业CT机配套的气囊式围压加载系统
技术领域
本发明涉及岩土力学技术领域，特别是指一种用于高清图像重构与工业CT机配套的气囊式围压加载系统。
背景技术
随着露天矿山开采深度的增加，边坡高度也在加大，滑坡等失稳现象逐年增多。其中矿山排土场作为一种巨型人工松散边坡堆积体，其性质特点决定了容易形成滑坡、泥石流等事故，容易给矿山造成重大经济损失，同时危害着矿山人民的生命与财产安全。因此研究矿山边坡松散岩土体物理力学性质及其在不同的受力条件下破裂演化过程具有重要意义。
三轴试验一直是研究岩土体在不同应力作用下变形、强度等特性的重要研究手段，因此三轴试验在矿山边坡松散岩土体物理力学性质研究中的应用日益广泛。在试验过程中，压力室对岩土体试样施加围压，在保持围压恒定的同时，逐渐对试样施加轴向荷载。在试验操作过程中使用CT扫描技术，全方位监测试样内部结构变化，从而了解试样内部结构的局部变化、细微变化及变化趋势，掌握松散岩土体在不同受力条件下的破裂演化过程。
现如今计算机层析成像CT扫描技术因其具有无损、动态、定量检测且可以分层识别材料内部组成的优点，在岩土力学研究中的应用日益深入，因此CT扫描技术配合岩土体三轴压缩试验成为研究岩土体内部变形、裂纹发展及破坏的重要手段。然而，现有的岩土体三轴压缩试验装置有一个明显的缺陷，即装置中对试样施加围压的压力室由金属材料制成，常用的金属材料如铁的密度为：7.8g/cm3，由于金属材料密度较大，CT机发出的X射线穿过压力室扫描试样时，将会导致射线能量的衰减，对成像造成影响，无法实现高清晰图像重构。
因此，本发明设计了一种用于高清晰图像重构与工业CT机配套使用的气囊式围压加载系统，用于低围压下松散岩土体的三轴压缩试验围压的加载，非金属材料压力室减少了CT机射线能量的衰减，提高了试样破裂过程中重构图像的精度，更好的揭示试样在不同受力条件下的破裂演化过程。
发明内容
本发明为了解决在松散岩土体三轴压缩试验中CT机发出的X射线穿过金属压力室时能量衰减，无法实现对松散岩土体试样破裂过程进行高清晰图像重构的问题，提供了一种用于高清晰图像重构与工业CT机配套使用的气囊式围压加载系统。
该系统主要包括气囊加压装置和配套的CT机扫描装置，气囊加压装置包括盛装岩土体试样的气囊压力室、伺服增压器、上垫块、下垫块、接头一、接头二、控制伺服阀门和高精度压力表；CT机扫描装置包括设于气囊压力室两侧的CT放射源和CT探测器；试样置于气囊压力室内，气囊压力室包括套筒、高精度压力表接口、增压器接口、顶盖和底盖，套筒上部设置上垫块，套筒下部设置下垫块，套筒内部为气囊，上垫块和套筒之间设置顶盖，套筒和下垫块之间设置底盖，套筒下方留有高精度压力表接口和增压器接口，高精度压力表接口连接高精度压力表，增压器接口连接伺服增压器，气囊压力室和增压器之间设置控制伺服阀门，控制伺服阀门前后分别安装接头一和接头二。
其中，增压器包括出气口、增压副腔、调节阀、密封盖、增压主腔、导气管和底板，增压主腔和增压副腔设置在底板上，导气管贯通增压主腔和增压副腔，导气管一端连接气囊压力室，另一端连接出气口，增压副腔上设置调节阀，增压主腔上设置密封盖。
试样的轴心线与气囊压力室轴心线对准。
套筒为空心圆柱体，采用高强度尼龙树脂制成，该材料的密度为1.15g/cm3,尼龙树脂不但具有抗冲击性强、韧性好、强度高的特点，而且轻便、原料易得，价格便宜。
气囊材质为聚酰胺66，聚酰胺66具有强度高、耐老化性能优异、耐高温的优良性能。
气囊压力室由非金属材料制成，从而解决了CT机所发出X射线穿过压力室时，射线能量衰减影响试验图像重构的问题。试验过程中，CT机放射源所发射的X射线便可以透过压力室套筒壁及试样，传达到探测器中，从而实现对试验中试样变形破裂全过程的实时监测和试样破裂过程的高清晰图像重构。
顶盖和底盖由高强度尼龙树脂制制成，顶盖和底盖对套筒进行密封。
上垫块和下垫块由柔性橡胶制成。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、提供了一种用于高清晰图像重构与工业CT机配套使用的气囊式围压加载系统。为松散岩土体三轴压缩试验提供了一种新的试验装置，本发明中压力室装置为非金属材料，减少了射线能量的衰减，实现了试样破裂过程中高清晰图像重构，更好的揭示试样在不同受力条件下的破裂演化过程；
2、本发明装置简单，操作方便，装置材质简单易得，成本较低。
附图说明
图1为本发明的和CT机配套使用的气囊式围压加载系统结构示意图；
图2为本发明的气囊压力室俯视图。
其中：1-上垫块；2-顶盖；3-套筒；4-高精度压力表；5-高精度压力表接口；6-增压器接口；7-底盖；8-下垫块；9-接头一；10-控制伺服阀门；11-接头二；12-出气口；13-增压副腔；14-调节阀；15-密封盖；16-增压主腔；17-导气管；18-底板；19-气囊。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种用于高清晰图像重构与工业CT机配套使用的气囊式围压加载系统。
如图1和图2所示，该装置包括气囊加压装置和CT机扫描装置，气囊加压装置包括气囊压力室、伺服增压器、上垫块1、下垫块8、接头一9、接头二11、控制伺服阀门10和高精度压力表4；CT机扫描装置包括设于气囊压力室两侧的CT放射源和CT探测器；试样置于气囊压力室内，气囊压力室包括套筒3、高精度压力表接口5、增压器接口6、顶盖2和底盖7，套筒3上部设置上垫块1，套筒3下部设置下垫块8，套筒3内部为气囊19，上垫块1和套筒3之间设置顶盖2，套筒3和下垫块8之间设置底盖7，套筒3下方留有高精度压力表接口5和增压器接口6，高精度压力表接口5连接高精度压力表4，增压器接口6连接伺服增压器，气囊压力室和增压器之间设置控制伺服阀门10，控制伺服阀门10前后分别安装接头一9和接头二11。
其中，伺服增压器包括出气口12、增压副腔13、调节阀14、密封盖15、增压主腔16、导气管17和底板18，增压主腔16和增压副腔13设置在底板18上，导气管17贯通增压主腔16和增压副腔13，导气管17一端连接气囊压力室，另一端连接出气口12，增压副腔13上设置调节阀14，增压主腔16上设置密封盖15。
下面结合具体实施例予以说明。
进行岩土体三轴压缩试验时将试验装置放置在CT机发射源和探测器之间，将试样放入气囊压力室内，保证试样的轴心线与气囊压力室轴心线对准，试样上部放置上垫块1。打开伺服增压器控制伺服阀门10，增压器内氮气由出气口12沿导气管17通过接头二11和控制伺服阀门10充入至气囊19内，对试样以施加围压，观察高精度压力表4中数值，待围压达到试验所设定的压力值时，关闭控制伺服阀门10，保持围压恒定的同时对试样施加竖向轴压。随着对试样轴压和围压的施加，立即启动CT机扫描装置。在试验过程中由于组成气囊压力室的套筒3和气囊19均是非金属材料，CT机放射源所发出的X射线在穿过压力室套筒壁及气囊时几乎无射线能量的衰减，则CT机可实时扫描气囊压力室内的试样并实现试样破裂过程的高清晰图像重构。
试验开始，以每秒0.05MPa的加荷速率施加围压，时刻关注高精度压力表4的数值，待到加至预定压力值时，使其保持稳定，然后再以每秒0.8-1.0MPa的加荷速率施加轴向荷载。随着对试样轴压和围压的施加，立即启动CT机扫描装置，实时扫描压力室内试样，射线源发出的射线会被探测器接收，据此重构高清晰CT图像。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于高清图像重构与工业CT机配套的气囊式围压加载系统，其特征在于：包括气囊加压装置和CT机扫描装置，气囊加压装置包括气囊压力室、伺服增压器、上垫块(1)、下垫块(8)、接头一(9)、接头二(11)、控制伺服阀门(10)和高精度压力表(4)；CT机扫描装置包括设于气囊压力室两侧的CT放射源和CT探测器；试样置于气囊压力室内，气囊压力室包括套筒(3)、高精度压力表接口(5)、增压器接口(6)、顶盖(2)和底盖(7)，套筒(3)上部设置上垫块(1)，套筒(3)下部设置下垫块(8)，套筒(3)内部为气囊(19)，上垫块(1)和套筒(3)之间设置顶盖(2)，套筒(3)和下垫块(8)之间设置底盖(7)，套筒(3)下方留有高精度压力表接口(5)和增压器接口(6)，高精度压力表接口(5)连接高精度压力表(4)，增压器接口(6)连接伺服增压器，气囊压力室和增压器之间设置控制伺服阀门(10)，控制伺服阀门(10)前后分别安装接头一(9)和接头二(11)。
2.根据权利要求1所述的用于高清图像重构与工业CT机配套的气囊式围压加载系统，其特征在于：所述增压器包括出气口(12)、增压副腔(13)、调节阀(14)、密封盖(15)、增压主腔(16)、导气管(17)和底板(18)，增压主腔(16)和增压副腔(13)设置在底板(18)上，导气管(17)贯通增压主腔(16)和增压副腔(13)，导气管(17)一端连接气囊压力室，另一端连接出气口(12)，增压副腔(13)上设置调节阀(14)，增压主腔(16)上设置密封盖(15)。
3.根据权利要求1所述的用于高清图像重构与工业CT机配套的气囊式围压加载系统，其特征在于：所述试样的轴心线与气囊压力室轴心线对准。
4.根据权利要求1所述的用于高清图像重构与工业CT机配套的气囊式围压加载系统，其特征在于：所述套筒(3)为空心圆柱体，采用高强度尼龙树脂制成。
5.根据权利要求1所述的用于高清图像重构与工业CT机配套的气囊式围压加载系统，其特征在于：所述气囊(19)材质为聚酰胺66。
6.根据权利要求1所述的用于高清图像重构与工业CT机配套的气囊式围压加载系统，其特征在于：所述顶盖(2)和底盖(7)由高强度尼龙树脂制成，顶盖(2)和底盖(7)对套筒(3)进行密封。
7.根据权利要求1所述的用于高清图像重构与工业CT机配套的气囊式围压加载系统，其特征在于：所述上垫块(1)和下垫块(8)由柔性橡胶制成。
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