CN110441146A - 一种ct扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置及方法 - Google Patents

一种ct扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置及方法，属测试破碎岩样试样孔隙发育领域。装置包括压力柱、缸筒、底垫、圆柱型底座、底座螺栓、缸筒螺栓部分，所述底座为圆柱形，在所述底座上方依赖所述底座螺栓将所述缸筒固定，所述底垫位于缸筒底部并与底座相连，所述压力柱安装于缸筒顶部，依靠缸筒螺栓加以限制移动。该装置选用器械性能优异，耐磨耐高温的热塑性塑料聚酰胺制成。该装置适用于CT扫描原位系统，通过侧向限制散状破碎岩样散落，在完成垂直方向零载荷时散状破碎岩样CT扫描后，在其垂直方向向下施压使岩样压密，再次将其扫描得出压密后原位破碎岩样孔隙空间三维结构，同时得出压密过程中破碎岩样应力应变特征。

Description

一种CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置及方法
技术领域
本发明涉及测试破碎岩样试样孔隙发育技术领域，具体涉及一种适用于低于160KV电压的CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置及方法。
背景技术
岩样在破碎变形后产生的孔隙会影响破碎岩样的强度，从而导致内部力学参数与原生岩样具有较大差异。因此为研究破碎岩样力学性质，一般需要在实验室中进行破碎岩样的力学性质实验，以此对判断预测破碎岩样应力变化起到指导作用。但上述力学性质实验往往忽略孔隙发育情况，导致力学性质实验结果准确性不高，因此应在考虑破碎岩样孔隙发育情况下研究破碎岩样力学性质，故研究破碎岩样孔隙发育并得出破碎岩样在压实过程中的应力—应变曲线对获知破碎岩样力学性质具有较大的帮助，也会对工程实际中破碎岩样支护起到一定的指导作用。
目前市场上常规的测试应力-应变特性的容器一般为金属制作，工艺冗杂且不能用于CT扫描。为满足既能CT扫描得到破碎岩样不在受压与受压条件下孔隙发育情况又能得到受压过程中的应力-应变特性，因此需要设计一种能够CT扫描原位破碎岩样孔隙的装置，该装置还能用于做单轴压缩实验。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对岩样破碎后孔隙发育情况未知情况，提供一种适用于原位X射线CT扫描系统，可以重复使用，对于指定破碎岩样扫描具有穿透性和准确性的CT扫描原位破碎岩样孔隙的装置及方法，以便研究孔隙及裂隙对破碎岩样应力应变特性的影响。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置，包括压力柱、缸筒、底垫、底座；所述的缸筒设在底座上，缸筒上设有与底座紧固相连的底座螺栓，缸筒内的底部设有承载岩样的底垫，缸筒的上部设有截面呈T形的压力柱，压力柱与缸筒滑动配合，可整体活动取出，所述的缸筒上部对称设有多个固定压力柱位置的缸筒螺栓。
所述的压力柱、缸筒、底垫和底座为耐磨耐高温的热塑性塑料聚酰胺制成。
所述的压力柱、缸筒、底垫、圆柱型底座、底座螺栓、缸筒螺栓的装配尺寸标差为±0.04毫米。
利用上述装置的CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实方法，包括如下步骤：
(1)装料：将待测试破碎散状岩样置于缸筒内，破碎的散状岩样整体直径应与缸筒内径相同；
(2)安装设备：将压力柱插入缸筒，使压力柱底端面接触到破碎散状岩样，拧紧螺栓防止压力柱滑动造成散状破碎岩样发生位移；
(3)扫描缸筒内散状岩样在垂直方向零载荷时的孔隙发育情况：将CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置固定于低于160KV电压的型号为Xradia 510Versa的CT扫描系统中，
并使其底座的底部与压力柱的顶部与CT扫描系统的上下砧板保持良好接触，开始对侧压限制式压实装置进行零载荷扫描，记录此时的破碎岩样的孔隙发育情况；
(4)扫描缸筒内散状岩样在加压后的孔隙发育情况：取出CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置，解除缸筒螺栓对压力柱的限制，通过单轴压缩试验对压力柱顶部施压压密，记录压密过程中破碎岩样应力—应变关系；试验结束后，拧紧缸筒螺栓以免在移动缸筒时内部破碎散状岩样发生位移；之后再将该缸筒重新固定于CT扫描系统中，对压密后的破碎岩样进行扫描，得出压密后破碎岩样的孔隙发育情况。
所述待测试破碎散状岩样的粒径为5～10mm。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明针对散状岩样加压后能够原位进行扫描的装置，根据实际试验研究的样品尺寸需求制作，适用于CT扫描原位平台，选用材料塑料聚酰胺制作，对X射线穿透率高，密度小，不会影响CT检查成像，同时本发明强度高，正常工作温度范围较宽，满足侧压限制式压实验需求，可以重复使用，适用于电压低于160KV的型号为Xradia 510Versa的CT扫描装置，操作简单结果精准。其结构简单，轻巧便捷，操作方便，精度高，可重复使用。
附图说明
图1为本发明的CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置。
图2为本发明的CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实验流程图。
图中：圆柱型底座-1，缸筒-2，压力柱-3，底座螺栓-4，缸筒螺栓-5，底垫-6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述：
如图1所示，本发明的CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置，主要由压力柱3、缸筒2、底垫6、底座1构成；所述的缸筒2设在底座1上，缸筒2上设有与底座1紧固相连的底座螺栓4，缸筒2与底座靠底座螺栓4锁死固定，缸筒2内的底部设有承载岩样的底垫6，缸筒2的上部设有截面呈T形的压力柱3，压力柱3与缸筒2滑动配合，可整体活动取出，所述的缸筒2上部对称设有多个固定压力柱3位置的缸筒螺栓5。所述的压力柱3、缸筒2、底垫6和底座1为耐磨耐高温的热塑性塑料聚酰胺制成。所述压力柱3、缸筒2、底垫6、底座1、底座螺栓4、缸筒螺栓5装配尺寸标差为±0.04毫米。底垫6位于缸筒2内部，下与圆柱型底座1相连。压力柱3分为上下两部分且形状都为圆柱形，压力柱整体可活动取出，为保持压力柱对破碎岩样施加固定压力，需依靠所述缸筒螺栓5固定压力柱所在位置。
所述圆柱型底座1直径为90毫米，高度为10毫米；所述缸筒2高度为150毫米，顶部直径为110毫米，中部直径为80毫米，缸筒中部厚度为10毫米，下部直径为90毫米；所述压力柱3分为上下两部分，上部直径60毫米，高度为10毫米，下部直径为50毫米，高度为90毫米。所述底座螺栓4长度为20毫米；所述缸筒螺栓5长度为10.5毫米，因其作用为限制压力柱移动，故长度长于缸筒厚度，所述底垫6直径为50毫米，高度为10毫米。
本发明的CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实方法，具体步骤如下：
(1)装料：将粒径为5～10mm的待测试破碎散状岩样置于缸筒2内，破碎的散状岩样整体直径应与缸筒2内径相同；
(2)安装设备：将压力柱3插入缸筒2，使压力柱3底端面接触到破碎散状岩样，拧紧螺栓5防止压力柱3滑动造成散状破碎岩样发生位移；
(3)扫描缸筒2内散状岩样在垂直方向零载荷时的孔隙发育情况：将CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置固定于低于160KV电压的型号为Xradia 510Versa的CT扫描系统中，并使其底座1的底部与压力柱3的顶部与CT扫描系统的上下砧板保持良好接触，开始对侧压限制式压实装置进行零载荷扫描，得出此时的破碎岩样的孔隙发育情况；
(4)扫描缸筒2内散状岩样在加压后的孔隙发育情况：取出CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置，解除缸筒螺栓5对压力柱3的限制，通过单轴压缩试验对压力柱3顶部施压压密，记录压密过程中破碎岩样应力—应变关系；试验结束后，拧紧缸筒螺栓5以免在移动缸筒时内部破碎散状岩样发生位移；之后再将该缸筒2重新固定于CT扫描系统中，对压密后的破碎岩样进行扫描，得出压密后破碎岩样的孔隙发育情况。

Claims (5)

1.一种CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置，其特征在于：它包括压力柱(3)、缸筒(2)、底垫(6)、底座(1)；所述的缸筒(2)设在底座(1)上，缸筒(2)上设有与底座(1)紧固相连的底座螺栓(4)，缸筒(2)内的底部设有承载岩样的底垫(6)，缸筒(2)的上部设有截面呈T形的压力柱(3)，压力柱(3)与缸筒(2)滑动配合，可整体活动取出，所述的缸筒(2)上部对称设有多个固定压力柱(3)位置的缸筒螺栓(5)。
2.根据权利要求1所述的一种CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置，其特征在于：所述的压力柱(3)、缸筒(2)、底垫(6)和底座(1)为耐磨耐高温的热塑性塑料聚酰胺制成。
3.根据权利要求1所述的一种CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置，其特征在于：所述压力柱(3)、缸筒(2)、底垫(6)、底座(1)、底座螺栓(4)、缸筒螺栓(5)装配尺寸标差为±0.04毫米。
4.利用权利要求1所述装置的CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)装料：将待测试破碎散状岩样置于缸筒(2)内，破碎的散状岩样整体直径应与缸筒(2)内径相同；
(2)安装设备：将压力柱(3)插入缸筒(2)，使压力柱(3)底端面接触到破碎散状岩样，拧紧螺栓(5)防止压力柱(3)滑动造成散状破碎岩样发生位移；
(3)扫描缸筒(2)内散状岩样在垂直方向零载荷时的孔隙发育情况：将CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置固定于低于160KV电压的型号为Xradia 510Versa的CT扫描系统中，并使其底座(1)的底部与压力柱(3)的顶部与CT扫描系统的上下砧板保持良好接触，开始对侧压限制式压实装置进行零载荷扫描，记录此时的破碎岩样的孔隙发育情况；
(4)扫描缸筒(2)内散状岩样在加压后的孔隙发育情况：取出CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实装置，解除缸筒螺栓(5)对压力柱(3)的限制，通过单轴压缩试验对压力柱(3)顶部施压压密，记录压密过程中破碎岩样应力—应变关系；试验结束后，拧紧缸筒螺栓(5)以免在移动缸筒时内部破碎散状岩样发生位移；之后再将该缸筒(2)重新固定于CT扫描系统中，对压密后的破碎岩样进行扫描，得出压密后破碎岩样的孔隙发育情况。
5.根据权利要求4所述的CT扫描原位破碎岩样孔隙的侧压限制式压实方法，其特征在于：所述待测试破碎散状岩样的粒径为5～10mm。
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