CN109459325A - 一种用于岩土体实时剪切试验的ct机配套直剪试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置，属于岩土体抗剪强度试验技术领域。该装置包括压力加载部分、试样装载部分和装置支撑部分，压力加载部分包括伺服电机、柱塞、压力传感器、手动千斤顶和加固支架，试样装载部分包括剪切盒支架、上剪切盒、连接柱、下剪切盒和滚排，装置支撑部分包括上顶板、立柱、螺母和下底板；手动千斤顶利用加固支架连接在下底板，手动千斤顶与压力传感器连接；伺服电机放置于上顶板上侧连接有柱塞，反向放置的柱塞与压力传感器相连。剪切盒支架固定于上顶板，滚排固定于下底板。该装置可在直剪试验过程中，实现试样剪切破坏过程中破裂面形态的可视化和数字化表征，揭示剪切变形破坏的细观机制。
Description
技术领域
本发明涉及岩土体抗剪强度试验技术领域，特别是指一种用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置。
背景技术
直剪试验是测量试样抗剪切强度的主要方法，由于操作简单、适用范围广，其中直剪仪在直剪试验过程中使用最为广泛。采用传统直剪试验装置无法对试验过程进行准确的实时监测，而CT扫描机在直剪试验过程中的运用，可获得更加精确的数据并能对试验过程进行实时监测。
工业CT扫描机的原理是：将一束X射线投射到物体上并进行旋转扫描，通过物体对X射线的吸收(多次投影)来获得物体内部的物质分布信息，由计算机在工业CT扫描机的探测空间范围内与空间某点相关的各个方向射线进行空间解算，得出与该点X射线吸收系数μ直接关联的数值CTP，从而形成一幅物体层面的μ数字图像。
传统的直剪装置过于笨重，质量较大，不便于携带，压力装置过于复杂且不精确。传统的直剪装置的上、下剪切盒由金属材料铸造，支撑上顶板与下底板的立柱同样多为金属材质构造。所以在岩土体直接剪切试验过程中，传统的直剪仪或者直接剪切装置不适用于CT扫描机对其进行实时监测，并存在如下问题：
根据工业CT扫描机的基本原理，金属材质的构件会遮挡住X射线，金属材料对X射线的吸收会影响成像效果，会产生伪影，CT图像无法全面、完整的反映材料整个剪切过程，影响损伤机理分析的准确性。针对存在的问题与要求，对传统直剪装置进行改造。
目前针对传统直剪装置的优化与改造，并不是针对CT扫描在直剪试验中的应用而进行优化与改造的，对于扫描结果而言，主要是金属材料构造的立柱与剪切盒对工业CT扫描机影响比较大。无法保证CT扫描机对试验过程进行实时监测时得到的试样实时变化过程是否准确，对直剪装置进行改造有利于CT扫描机在直剪试验中更加准确的运用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置。
该装置包括压力加载部分、试样装载部分和装置支撑部分，压力加载部分包括伺服电机、柱塞、压力传感器、手动千斤顶和加固支架，试样装载部分包括剪切盒支架、上剪切盒、连接柱、下剪切盒和滚排，装置支撑部分包括上顶板、立柱、螺母和下底板；四根立柱通过螺母将上顶板与下底板连接，手动千斤顶利用加固支架连接在下底板，手动千斤顶与压力传感器连接；伺服电机放置于上顶板上侧并连接有柱塞，柱塞另一端与压力传感器相连；剪切盒支架固定于上顶板，剪切盒支架另一端通过连接柱连接上剪切盒，上剪切盒下方对应布置下剪切盒，下剪切盒放置在滚排上，滚排固定于下底板。
其中，上剪切盒和下剪切盒采用尼龙玻璃纤维增强树脂制成。
上剪切盒能够在剪切盒支架上下活动。
滚排采用易于滚动的细圆柱体固定于下底板。
立柱采用尼龙玻璃纤维增强树脂制成。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
该装置可在直剪试验过程中，运用工业CT扫描机对其扫描，实现试样剪切破坏过程中破裂面形态的可视化和数字化表征，以揭示剪切变形破坏的细观机制。直剪装置中阻碍CT扫描机扫描的支撑上顶板与下底板的立柱和上、下剪切盒采用尼龙玻璃纤维增强树脂(PA66+GF30)这种新型材料。新型材料能承受较大的荷载，在CT扫描过程中由于这种材料不会对X射线吸收，使X射线的能量衰减更少，以便于对试验过程中的试样进行实时监测，并能达到理想的成像效果。
附图说明
图1为本发明的用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置结构示意图；
图2为本发明的用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置主视图；
图3为本发明的用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置左视图。
其中：1-伺服电机；2-上顶板；3-立柱；4-剪切盒支架；5-压力传感器；6-上剪切盒；7-下剪切盒；8-滚排；9-下底板；10-手动千斤顶；11-螺母；12-柱塞；13-连接柱；14-加固支架。
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岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置。
如图1、图2和图3所示，该装置包括压力加载部分、试样装载部分和装置支撑部分；
其中，压力加载部分包括伺服电机1、柱塞12、压力传感器5、手动千斤顶10和加固支架14，手动千斤顶10利用加固支架14连接在下底板9，手动千斤顶10将提供水平剪切力并与压力传感器5连接；将伺服电机1放置于上顶板2上侧连接有柱塞12提供法向应力，可实现长时间保压，对控制伺服电机1的转速来控制施加压力的大小，使加载的压力会更加精确，反向放置的柱塞12与压力传感器5相连接。这样以便实验过程对剪切面进行实时扫描，获得三维图像。
试样装载部分包括剪切盒支架4、上剪切盒6、连接柱13、下剪切盒7和滚排8，剪切盒支架4固定于上顶板2，另一端将通过连接柱13与上剪切盒6相连接，上、下剪切盒采用尼龙玻璃纤维增强树脂(PA66+GF30)这种新型材料，将减弱对X射线的吸收，上剪切盒6可在剪切盒支架4上下活动，以便于试样的装卸；滚排8采用可易于滚动的细圆柱体固定于下底板9，下剪切盒7在实验过程中放置于滚排8合理位置。
装置支撑部分包括上顶板2、立柱3、螺母11和下底板9，四根立柱3通过螺母11将上顶板2与下底板9连接，其中立柱3采用新型材料尼龙玻璃纤维增强树脂(PA66+GF30)，上顶板2和下底板9主要可给装置提供稳定性，给其他系统提供支撑，保证装置在试验过程中的稳定。
该装置基本原理为：岩土试样测试过程中，将整个装置放于CT机转台上，进行试样直剪试验，同时X射线源发出高能量的X-ray，高能量X-ray穿透剪切盒和试样，由探测器接收透射射线，从而实现试样剪切过程中的高精度实时扫描。岩土体试样在剪切过程中发生剪切破化，通过利用CT扫描机对试样破坏面进行扫描，通过高能CT成像系统不仅可清楚地对试样变化过程进行实时监测并能获得清晰三维成像；并能获得试样在剪切试验中的各种数据。
该装置具体应用过程如下：
1.试样封装。将根据剪切盒的大小制定的岩土体实验样本正确的放置于下剪切盒7中，并将带有样本的下剪切盒7放置于滚排8的正确位置，放下上剪切盒支架4上的上剪切盒6，查看试样放置的合理性。
2.试样测试。试样封装完成后之后开启伺服电机1，提供法向应力，实现长时间保压，在法向应力保持稳定后，利用压力传感器5，将法向力传置于剪切盒，一切准备就绪后施加水平应力，通过手动千斤顶10加载水平应力，同时开启工业CT机对岩土体样本进行实时扫描监测,对破裂带以及其上下5mm处的区域范围进行CT扫描。
3.卸载试样。完成试验过程后，首先关闭伺服电机1，收回手动千斤顶10，在滚排上取出下剪切盒7，抬起上剪切盒6，并对剪切盒进行清理，恢复装置使用前的模样。
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 (5)
1.一种用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置，其特征在于：包括压力加载部分、试样装载部分和装置支撑部分，压力加载部分包括伺服电机(1)、柱塞(12)、压力传感器(5)、手动千斤顶(10)和加固支架(14)，试样装载部分包括剪切盒支架(4)、上剪切盒(6)、连接柱(13)、下剪切盒(7)和滚排(8)，装置支撑部分包括上顶板(2)、立柱(3)、螺母(11)和下底板(9)；四根立柱(3)通过螺母(11)将上顶板(2)与下底板(9)连接，手动千斤顶(10)利用加固支架(14)连接在下底板(9)，手动千斤顶(10)与压力传感器(5)连接；伺服电机(1)放置于上顶板(2)上侧并连接有柱塞(12)，柱塞(12)另一端与压力传感器(5)相连；剪切盒支架(4)固定于上顶板(2)，剪切盒支架(4)另一端通过连接柱(13)连接上剪切盒(6)，上剪切盒(6)下方对应布置下剪切盒(7)，下剪切盒(7)放置在滚排(8)上，滚排(8)固定于下底板(9)。
2.根据权利要求1所述的用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置，其特征在于：所述上剪切盒(6)和下剪切盒(7)采用尼龙玻璃纤维增强树脂制成。
3.根据权利要求1所述的用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置，其特征在于：所述上剪切盒(6)能够在剪切盒支架(4)上下活动。
4.根据权利要求1所述的用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置，其特征在于：所述滚排(8)采用易于滚动的细圆柱体固定于下底板(9)。
5.根据权利要求1所述的用于岩土体实时剪切试验的CT机配套直剪试验装置，其特征在于：所述立柱(3)采用尼龙玻璃纤维增强树脂制成。
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