CN112414870A - 用于高能加速器ct扫描的岩体剪切试验系统 - Google Patents

用于高能加速器ct扫描的岩体剪切试验系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于岩体力学试验技术领域，旨在解决无法对岩体剪切渐进破坏过程进行精准扫描的问题，具体涉及一种用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，包括双水平加载装置、承载静剪切盒的第一承载装置、承载动剪切盒的第二承载装置、法向加载装置等结构；在试验中，双水平加载装置为岩体同步施加相同的加载力，法向加载装置为岩体施加剪切力；通过双水平加载装置的平行间隔设置以及水平方向施加加载力、竖直方向施加剪切力的加载方式，可有效实现在岩体剪切渐进破坏精准扫描过程中加载油缸与岩体试样的互不干涉。通过本发明可提供一套与CT扫描技术结合的新型岩体剪切试验系统，进而为实现岩体剪切渐进破坏过程中可视化检测提供关键的技术支撑。

Description

用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统
技术领域
本发明属于岩体力学试验技术领域，具体涉及一种用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统。
背景技术
岩体是地质体，由岩块和结构面组成。岩体的抗剪强度特性是评价其稳定性的关键指标。岩体在剪切作用下会产生裂纹的萌生、起裂、扩展和贯通的渐进破坏过程。岩体剪切渐进破坏过程的定量刻画对于厘定岩体的抗剪强度特性至关重要。
现有研究主要采用室内试验和数值模拟两种手段进行。在室内试验过程中，通过剪切试验仪结合声发射设备可以间接获取岩体剪切渐进破坏过程中的裂纹产生、发展的时间和空间信息，但无法直接表征岩体内部裂纹的动态演化过程；在数值模拟过程中，通过有限元或者离散元方法结合建模参数试凑方法来描述岩体内部裂纹的生长过程，但由于数值模拟方法的多解性，无法真实的体现岩体内部的动态损伤破坏过程。因此，上述两种手段对于深刻认识岩体的抗剪强度特性均具有局限性。
为了突破上述瓶颈，亟待研发一款高能加速器CT岩体剪切试验平台，利用岩体剪切试验技术结合高能加速器CT扫描技术实现岩体剪切渐进破坏过程中裂纹萌生、起裂、扩展和贯通的可视化，进而达到岩体剪切渐进破坏过程定量刻画的目的。现有的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统的加载框架均为水平方向施加剪切力，竖直方向施加压力或拉力，加载装置或者剪切装置中的加载油缸不可避免的设置于岩体试样的外侧，当利用高能加速器CT进行扫描时，扫描岩体试样的视野中由于加载油缸的存在导致扫描结果不准确，无法对岩体试样在剪切试验过程中进行全方位扫描，无法满足岩体试样剪切渐进破坏过程的可视化需求。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决无法对岩体剪切渐进破坏过程进行精确扫描的问题，本发明提供了一种用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，该试验系统包括用于容纳岩体试样的剪切盒、用于对所述剪切盒支撑的承载装置和剪切加载装置；所述剪切盒包括静剪切盒和动剪切盒，所述静剪切盒与所述动剪切盒左右相对设置；所述静剪切盒包括第一矩形框架，所述动剪切盒包括第二矩形框架，所述第二矩形框架与所述第一矩形框架相对设置；
所述承载装置包括第一承载装置和第二承载装置，所述第一承载装置设置于所述静剪切盒的外侧，所述第一矩形框架固设于所述第一承载装置的内侧，且所述第一承载装置与所述第一矩形框架构成右开口的左半容纳腔；所述第二承载装置设置于所述动剪切盒的外侧，所述第二矩形框架固设于所述第二承载装置的内侧，所述第二承载装置具有延伸至所述第二矩形边框内部的凸起结构，所述第二承载装置与所述第二矩形框架构成左开口的右半容纳腔；
所述剪切加载装置包括水平加载装置和法向加载装置，所述水平加载装置包括第一水平加载装置和第二水平加载装置；所述第一水平加载装置包括第一水平加载框架和第一水平加载油缸，所述第一水平加载框架具有第一矩形通孔，所述第一承载装置的上部侧面与所述第一矩形通孔的左侧壁连接；所述第一水平加载油缸与所述第一矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对所述第二承载装置施加第一水平加载力；所述第二水平加载装置包括第二水平加载框架和第二水平加载油缸，所述第二水平加载框架具有第二矩形通孔，所述第一承载装置的中部侧面与所述第二矩形通孔的左侧壁连接；所述第二水平加载油缸与所述第二矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对所述第二承载装置施加第二水平加载力；所述法向加载装置设置于所述第二矩形框架的下方，且所述法向加载装置的活动端与所述第二矩形框架接触设置；
在剪切过程中，所述第一水平加载油缸与所述第二水平加载油缸通过所述第二承载装置对岩体试样施加水平加载力，所述法向加载装置在驱动力的作用下顶压所述第二矩形框架、所述第二承载装置以及设置于所述第二矩形框架内部的岩体试样相对设置在所述第一矩形框架内部的岩体试样向上运动，以进行岩体试样的剪切试验。
在一些优选实施例中，该用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统还包括高能加速器CT扫描系统和旋转装置，所述高能加速器CT扫描系统包括射线源装置和探测器装置，所述射线源装置和所述探测器装置分别设置于岩体试样的两侧，用于检测岩体试样在剪切试验中裂纹萌生、起裂、扩展和贯通的渐进破坏过程。
所述射线源装置的高度为h，所述第一水平加载油缸的高度为h1，所述第二水平加载油缸的高度为h2，h∈(h2，h1)；
所述旋转装置设置于所述承载装置、所述法向加载装置的下方，所述旋转装置可在旋转动力装置的驱动下带动加载装置、承载装置连同剪切盒旋转，并与所述高能加速器CT扫描系统配合进而精确获取岩体剪切渐进破坏过程中的裂纹产生、发展的时间和空间信息；
在一些优选实施例中，所述第一水平加载油缸包括第一活塞组件和第一缸体组件，所述第一活塞组件远离所述第二承载装置的一端固设于所述第一水平加载框架，另一端设置于所述第一缸体组件内部，且所述第一活塞组件与所述第一缸体组件之间设置有第一加载腔，所述第一加载腔可通过液压油的注入/回流控制所述第一缸体组件对所述第二承载装置的加载力；所述第一缸体组件远离所述第一活塞组件的端部设置有第一静压支撑腔，所述第一静压支撑腔可通过液压油的注入/回流控制所述第一缸体组件对所述第二承载装置的加载力并降低加载过程中由于所述第二承载装置在竖直方向的运动而在二者之间产生的摩擦力；
所述第一静压支撑腔远离所述第二承载装置的一侧到所述第一活塞组件的距离小于所述第一缸体组件远离所述第一活塞组件的一侧到所述第一活塞组件的距离；
所述第一缸体组件的两侧设置有第一竖直限位装置和第二竖直限位装置，所述第一竖直限位装置与所述第二竖直限位装置相对于所述第一缸体组件的长度轴线对称设置；所述第一竖直限位装置与所述第二竖直限位装置固设于所述第二承载装置上部且所述第一竖直限位装置、所述第二竖直限位装置与所述第一缸体组件接触设置。
在一些优选实施例中，所述第二水平加载油缸与所述第一水平加载油缸平行设置；
所述第二水平加载油缸包括第二活塞组件和第二缸体组件，所述第二活塞组件远离所述第二承载装置的一端固设于所述第二水平加载框架，另一端设置于所述第二缸体组件内部，且所述第二活塞组件与所述第二缸体组件之间设置有第二加载腔，所述第二加载腔可通过液压油的注入/回流控制所述第二缸体组件对所述第二承载装置的加载力；所述第二缸体组件远离所述第二活塞组件的端部设置有第二静压支撑腔，所述第二静压支撑腔可通过液压油的注入/回流控制所述第二缸体组件对所述第二承载装置的加载力并降低加载过程中由于所述第二承载装置在竖直方向的运动而在二者之间产生的摩擦力；
所述第二静压支撑腔远离所述第二承载装置的一侧到所述第二活塞组件的距离小于所述第二缸体组件远离所述第二活塞组件的一侧到所述第二活塞组件的距离；
所述第二缸体组件的两侧设置有第三竖直限位装置和第四竖直限位装置，所述第三竖直限位装置与所述第四竖直限位装置相对于所述第二缸体组件的长度轴线对称设置；所述第三竖直限位装置与所述第四竖直限位装置固设于所述第二承载装置下部且所述第三竖直限位装置、所述第四竖直限位装置与所述第二缸体组件接触设置。
在一些优选实施例中，所述第一承载装置包括依次设置的第一结构、第二结构和第三结构；
所述静剪切盒还包括第一限位装置和第二限位装置，所述第一限位装置与所述第二限位装置分别设置于所述第一矩形框架的上下两侧；所述第一限位装置固设于所述第一结构的内侧；所述第二限位装置固设于所述第三结构的内侧；
所述第二结构的内侧设置有矩形凸起结构，所述矩形凸起结构与所述第一矩形框架的矩形通孔相适配；
所述第一结构、所述第二结构与所述第三结构一体成型设置或者固定连接。
在一些优选实施例中，所述第一承载装置还包括第四结构，所述第四结构水平设置于所述第三结构内侧，且所述第四结构与所述第一结构、所述第二结构、所述第三结构构成L型结构；所述法向加载装置固设于所述第四结构的顶部。
在一些优选实施例中，所述第一限位装置为第一限位垫块；所述第二限位装置为第二限位垫块；所述第一限位垫块与所述第二限位垫块用于所述静剪切盒的固定以及在剪切过程中对所述静剪切盒提供反力；
所述第一限位垫块在水平方向的长度、所述第二限位垫块在水平方向的长度均不大于所述第一矩形框架在水平方向的长度。
在一些优选实施例中，所述第二矩形框架的下侧边框的竖直长度大于上侧边框的竖直长度。
在一些优选实施例中，所述第一水平加载框架与所述第二水平加载框架的结构设置相同；
所述第一水平加载框架与所述第二水平加载框架均为自平衡加载框架。
在一些优选实施例中，所述第一承载装置靠近岩体试样的一侧设置有第一调节板；
所述第二承载装置靠近岩体试样的一侧设置有第二调节板；
所述第一调节板与所述第二调节板均为矩形板状结构；所述第一调节板、所述第二调节板分别与所述第一矩形框架、所述第二矩形框架的内部相适配。
本发明提供的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统提出了用于施加水平加载力的双水平加载装置及用于施加剪切力的法向加载装置的设置；在岩体剪切试验中，水平加载钢制框架、第二承载装置为岩体试样施加加载力；法向加载装置通过第二矩形框架为岩体试样施加剪切力，既能满足剪切试验要求，同时保证剪切加载装置中的油缸与岩体试样错开设置，使高能加速器CT扫描系统能够对岩体剪切渐进破坏过程中的裂纹萌生、起裂、扩展和贯通进行精准扫描，从而获取岩体剪切渐进破坏过程中的裂纹产生、发展的时间和空间信息。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统的一种具体实施例的立体结构示意图；
图2是本发明用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统的一种具体实施例的剖视结构示意图。
附图标记说明：111、第一水平加载框架；112、第一水平加载油缸，1121、第一活塞组件，1122、第一加载腔，1123、第一缸体组件，1124、第一静压支撑腔；121、第二水平加载框架；122、第二水平加载油缸，1221、第二活塞组件，1222、第二加载腔，1223、第二缸体组件，1224、第二静压支撑腔；200、法向加载装置；300、旋转装置；400、第一承载装置，410、第一调节板；500、第二承载装置，510、第二调节板；611、第一矩形框架；612、第一限位垫块；613、第二限位垫块；621、第二矩形框架，622、竖直限位装置；700、岩体试样。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，包括用于容纳岩体试样的剪切盒、用于对剪切盒支撑的承载装置和剪切加载装置；剪切盒包括静剪切盒和动剪切盒，静剪切盒与动剪切盒左右相对设置；静剪切盒包括第一矩形框架，动剪切盒包括第二矩形框架，第二矩形框架与第一矩形框架相对设置；承载装置包括第一承载装置和第二承载装置，第一承载装置设置于静剪切盒的外侧，第一矩形框架固设于第一承载装置的内侧，且第一承载装置与第一矩形框架构成右开口的左半容纳腔；第二承载装置设置于动剪切盒的外侧，第二矩形框架固设于第二承载装置的内侧，第二承载装置具有延伸至第二矩形边框内部的凸起结构，第二承载装置与第二矩形框架构成左开口的右半容纳腔；剪切加载装置包括水平加载装置和法向加载装置，水平加载装置包括第一水平加载装置和第二水平加载装置；第一水平加载装置包括第一水平加载框架和第一水平加载油缸，第一水平加载框架具有第一矩形通孔，第一承载装置的上部侧面与第一矩形通孔的左侧壁连接；第一水平加载油缸与第一矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对第二承载装置施加第一水平加载力；第二水平加载装置包括第二水平加载框架和第二水平加载油缸，第二水平加载框架具有第二矩形通孔，第一承载装置的中部侧面与第二矩形通孔的左侧壁连接；第二水平加载油缸与第二矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对第二承载装置施加第二水平加载力；法向加载装置设置于第二矩形框架的下方，且法向加载装置的活动端与第二矩形框架接触设置；在剪切过程中，第一水平加载油缸与第二水平加载油缸通过第二承载装置对岩体试样施加水平加载力，法向加载装置在驱动力的作用下顶压第二矩形框架、第二承载装置以及设置于第二矩形框架内部的岩体试样相对设置在第一矩形框架内部的岩体试样向上运动，以进行岩体试样的剪切试验。
以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。
参照附图1和附图2，图1是本发明用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统的一种具体实施例的立体结构示意图；图2是本发明用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统的一种具体实施例的剖视结构示意图；本发明提供了一种用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，该试验系统包括用于容纳岩体试样的剪切盒、用于对剪切盒支撑的承载装置和剪切加载装置系统；其中，剪切盒包括静剪切盒和动剪切盒，静剪切盒与动剪切盒左右相对设置，以配合法向加载装置进行岩体试样的剪切试验。静剪切盒包括第一矩形框架611，动剪切盒包括第二矩形框架621，第二矩形框架与第一矩形框架相对设置，形成容纳岩体试样700的侧部边框。
承载装置包括第一承载装置400和第二承载装置500，第一承载装置设置于静剪切盒的外侧，第一矩形框架611固定设置于第一承载装置的内侧，且第一承载装置处于岩体试样的一段与第一矩形框架构成右开口的左半容纳腔，即为静剪切盒的腔室；第二承载装置设置于动剪切盒的外侧，第二矩形框架621固设于第二承载装置的内侧，第二承载装置具有延伸至第二矩形边框内部的凸起结构，第二承载装置与第二矩形框架构成左开口的右半容纳腔，即为动剪切盒的腔室，通过凸起结构的设置，保证法向加载装置200在对第二矩形边框进行顶压过程中，同时通过凸起结构带动第二承载装置与第二矩形框架同步运动，实现对动剪切盒内部岩体试样的剪切试验。
剪切加载装置包括水平加载装置和法向加载装置，水平加载装置包括第一水平加载装置和第二水平加载装置；第一水平加载装置包括第一水平加载框架111和第一水平加载油缸112，第一水平加载框架具有第一矩形通孔，第一承载装置400的上部左侧面与第一矩形通孔的左侧壁固定连接；第一水平加载油缸与第一矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对第二承载装置500施加第一水平加载力；第二水平加载装置包括第二水平加载框架121和第二水平加载油缸122，第二水平加载框架具有第二矩形通孔，第一承载装置的中部左侧面与第二矩形通孔的左侧壁固定连接；第二水平加载油缸与第二矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对第二承载装置施加第二水平加载力；法向加载装置设置于第二矩形框架621的下方，且法向加载装置200的活动端与第二矩形框架接触设置，进而可带动动剪切盒运动；在剪切过程中，第一水平加载油缸与第二水平加载油缸通过第二承载装置对岩体试样施加水平加载力，法向加载装置在驱动力的作用下顶压第二矩形框架、第二承载装置以及设置于第二矩形框架内部的岩体试样相对设置在第一矩形框架611内部的岩体试样向上运动，以进行岩体试样的剪切试验。
该用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统的剪切盒的侧部设置有高能加速器CT扫描系统(图中未示出)，剪切盒的底部设置有旋转装置300；高能加速器CT扫描系统包括射线源装置和探测器装置，射线源装置和探测器装置分别设置于岩体试样的两侧，用于检测岩体试样在剪切试验中裂纹萌生、起裂、扩展和贯通的渐进破坏过程；射线源装置的高度为h，第一水平加载油缸的高度为h1，第二水平加载油缸的高度为h2，h∈(h2，h1)；旋转装置设置于承载装置、法向加载装置的下方，旋转装置可在旋转动力装置的驱动下带动加载装置、承载装置连同剪切盒旋转，并与高能加速器CT扫描系统配合进而精确获取岩体剪切渐进破坏过程中的裂纹产生、发展的时间和空间信息。
需要说明的是，现有技术中公开的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统的加载框架均为水平方向施加剪切力，竖直方向施加压力或拉力，加载装置或者剪切装置中的加载油缸均设置于岩体试样的外侧，当利用高能加速器CT进行扫描时，扫描岩体试样的视野中由于加载油缸的存在导致扫描结果不准确，无法对岩体试样在剪切试验过程中进行全方位扫描，无法满足岩体试样剪切渐进破坏过程的可视化需求；通过本发明提出的双水平加载装置的设置，既能实现对岩体试样的剪切加载作用，又能使加载油缸与岩体试样错开设置，不影响高能加速器CT对岩体试样的扫描检测，可获得精准的试验结果。
进一步地，第一水平加载油缸112包括第一活塞组件1121和第一缸体组件1123，第一活塞组件远离第二承载装置的一端固定设置于第一水平加载框架111，另一端设置于第一缸体组件内部，且第一活塞组件与第一缸体组件之间设置有第一加载腔1122，第一加载腔可通过液压油的注入/回流控制第一缸体组件1123对第二承载装置500的加载力；第一缸体组件远离第一活塞组件的端部设置有第一静压支撑腔1124，第一静压支撑腔可通过液压油的注入/回流控制第一缸体组件对第二承载装置的加载力并降低加载过程中由于第二承载装置在竖直方向的运动而在二者之间产生的摩擦力；第一静压支撑腔远离第二承载装置的一侧到第一活塞组件的距离小于第一缸体组件远离第一活塞组件的一侧到第一活塞组件的距离。
第一水平加载油缸112与第二水平加载油缸122的侧部还设置有竖直限位装置622，既能对加载油缸的缸体起到限位作用，保证油缸缸体组件在对应活塞组件的作用下进行水平运动，同时对第二承载装置起到导向作用，保证动剪切盒沿竖直方向运动。
进一步地，第一缸体组件1123的两侧设置有第一竖直限位装置和第二竖直限位装置，第一竖直限位装置与第二竖直限位装置相对于第一缸体组件的长度轴线对称设置；第一竖直限位装置与第二竖直限位装置固定设置于第二承载装置500上部且第一竖直限位装置、第二竖直限位装置与第一缸体组件接触设置。
第二水平加载油缸122与第一水平加载油缸112平行设置；第二水平加载油缸包括第二活塞组件1221和第二缸体组件1223，第二活塞组件远离第二承载装置的一端固定设置于第二水平加载框架121，另一端设置于第二缸体组件内部，且第二活塞组件与第二缸体组件之间设置有第二加载腔1222，第二加载腔可通过液压油的注入/回流控制第二缸体组件对第二承载装置500的加载力；第二缸体组件远离第二活塞组件的端部设置有第二静压支撑腔1224，第二静压支撑腔可通过液压油的注入/回流控制第二缸体组件对第二承载装置的加载力并降低加载过程中由于第二承载装置在竖直方向的运动而在二者之间产生的摩擦力；第二静压支撑腔远离第二承载装置的一侧到第二活塞组件的距离小于第二缸体组件远离第二活塞组件的一侧到第二活塞组件的距离。
进一步地，第二缸体组件1223的两侧设置有第三竖直限位装置和第四竖直限位装置，第三竖直限位装置与第四竖直限位装置相对于第二缸体组件的长度轴线对称设置；第三竖直限位装置与第四竖直限位装置固定设置于第二承载装置且第三竖直限位装置、第四竖直限位装置与第二缸体组件接触设置。
在本实施例中，第一承载装置400包括依次竖直设置的第一结构、第二结构和第三结构；静剪切盒还包括第一限位装置和第二限位装置，第一限位装置与第二限位装置分别设置于第一矩形框架的上下两侧；第一限位装置固设于第一结构的内侧；第二限位装置固设于第三结构的内侧；第二结构的内侧设置有矩形凸起结构，矩形凸起结构与第一矩形框架的矩形通孔相适配；第一结构、第二结构与第三结构一体成型设置或者固定连接；第一承载装置还包括第四结构，第四结构水平设置于第三结构内侧，且第四结构与第一结构、第二结构、第三结构构成L型结构；法向加载装置200固定设置于第四结构的顶部，通过第一承载装置的L型设置，既能实现对静剪切盒的承载固定，又能实现对法向加载装置(即施加剪切力的加载装置)的承载固定，可以形成用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统的整体加载框架，结构紧凑，同时可减少实验室占地面积。
进一步地，第一限位装置为第一限位垫块612；第二限位装置为第二限位垫块613；第一限位垫块与第二限位垫块用于静剪切盒的固定以及在剪切过程中对静剪切盒提供反力；第一限位垫块在水平方向的长度、第二限位垫块在水平方向的长度均不大于第一矩形框架在水平方向的长度，不干涉法向加载装置进行剪切试验时第二矩形边框在竖直方向的运动。
进一步地，第二矩形框架621的下侧边框的竖直长度大于上侧边框的竖直长度，增强法向加载装置与第二矩形框架接触时的耐受力，避免剪切过程中法向加载装置200对第二矩形框架的损坏。
优选地，第一水平加载框架111与第二水平加载框架121的结构设置相同；第一水平加载框架与第二水平加载框架均为自平衡加载框架。
优选地，静剪切盒与动剪切盒均为钢制结构。
进一步地，第一承载装置400靠近岩体试样的一侧设置有第一调节板410；第二承载装置500靠近岩体试样的一侧设置有第二调节板510；第一调节板与第二调节板均为矩形板状结构；第一调节板、第二调节板分别与第一矩形框架、第二矩形框架的内部相适配。
进一步地，第一调节板410的长和宽与第一矩形框架611内侧的长和宽相一致；第二调节板510的长和宽与第二矩形框架621内侧的长和宽相一致。
或者，第一调节板410的尺寸和第一矩形框架611内侧的尺寸相匹配相适应，第二调节板510的尺寸和第二矩形框架621内侧的尺寸相匹配相适应；第一调节板的尺寸和第二调节板的尺寸可以相同也可以不同，进而可以容纳不同尺寸和不同类型的样品。
在剪切过程中，第一水平加载油缸112与第二水平加载油缸122同时加载，即同时通过第一加载腔1122、第二加载腔1222中注入的液压油的压力分别利用第一缸体组件1123、第二缸体组件1223对第二承载装置500进行加载；同时，通过第一静压支撑腔1124、第二静压支撑腔1224中注入的液压油同时产生压力；此时，通过第一加载腔中注入的液压油对第一缸体组件产生向左的推力为F1，通过第一静压支撑腔中注入的液压油对第一缸体组件产生向右的推力为F2，其中，0.98F1≤F2≤0.99F1，即F1＞F2，同时F1与F2的差值接近0；在第一水平加载装置中，第一缸体组件对第二承载装置的推力通过第一静压支撑腔与第二承载装置接触并进行力的传递，第一静压支撑腔与第二承载装置的接触为液压油接触，即第一水平加载装置对第二承载装置的推力主要由第一静压支撑腔中的液压油提供，保证剪切过程中，运动的第二承载装置(即剪切板)与第一油缸组件之间的摩擦力很低，即第二承载装置(即剪切板)与第一油缸组件的摩擦系统小于滚动摩擦系数，从而获得较真实的剪切力。
此时，通过第二加载腔1222中注入的液压油对第二缸体组件1223产生向左的推力为F1，通过第二静压支撑腔1224中注入的液压油对第二缸体组件1223产生向右的推力为F2，其中，0.98F1≤F2≤0.99F1，即F1＞F2，F1与F2的差值接近0；在第二水平加载装置中，第二缸体组件对第二承载装置500的推力通过第二静压支撑腔与第二承载装置接触并进行力的传递，第二静压支撑腔与第二承载装置的接触为液压油接触，即第二水平加载装置对第二承载装置的推力主要由第二静压支撑腔中的液压油提供，保证剪切过程中，运动的第二承载装置(即剪切板)与第二油缸组件之间的摩擦力很低，即第二承载装置(即剪切板)与第二油缸组件的摩擦系统小于滚动摩擦系数，从而获得较真实的剪切力。
在本发明中，剪切力由法向加载装置施加，第一水平加载框架、第一承载装置、第二水平加载框架、第一限位垫块、第二限位垫块与第一矩形框架均固定不动，法向加载装置顶压第二矩形框架与第二承载装置同时运动，第二承载装置与第一水平加载油缸、第二水平加载油缸相对滑动。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。
在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语均是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位进行构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，该试验系统包括用于容纳岩体试样的剪切盒、用于对所述剪切盒支撑的承载装置和剪切加载装置；所述剪切盒包括静剪切盒和动剪切盒，所述静剪切盒与所述动剪切盒左右相对设置；所述静剪切盒包括第一矩形框架，所述动剪切盒包括第二矩形框架，所述第二矩形框架与所述第一矩形框架相对设置；
所述承载装置包括第一承载装置和第二承载装置，所述第一承载装置设置于所述静剪切盒的外侧，所述第一矩形框架固设于所述第一承载装置的内侧，且所述第一承载装置与所述第一矩形框架构成右开口的左半容纳腔；所述第二承载装置设置于所述动剪切盒的外侧，所述第二矩形框架固设于所述第二承载装置的内侧，所述第二承载装置具有延伸至所述第二矩形边框内部的凸起结构，所述第二承载装置与所述第二矩形框架构成左开口的右半容纳腔；
所述剪切加载装置包括水平加载装置和法向加载装置，所述水平加载装置包括第一水平加载装置和第二水平加载装置；所述第一水平加载装置包括第一水平加载框架和第一水平加载油缸，所述第一水平加载框架具有第一矩形通孔，所述第一承载装置的上部侧面与所述第一矩形通孔的左侧壁连接；所述第一水平加载油缸与所述第一矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对所述第二承载装置施加第一水平加载力；所述第二水平加载装置包括第二水平加载框架和第二水平加载油缸，所述第二水平加载框架具有第二矩形通孔，所述第一承载装置的中部侧面与所述第二矩形通孔的左侧壁连接；所述第二水平加载油缸与所述第二矩形通孔的右侧壁连接，并在液压力的作用下可对所述第二承载装置施加第二水平加载力；所述法向加载装置设置于所述第二矩形框架的下方，且所述法向加载装置的活动端与所述第二矩形框架接触设置；
在剪切过程中，所述第一水平加载油缸与所述第二水平加载油缸通过所述第二承载装置对岩体试样施加水平加载力，所述法向加载装置在驱动力的作用下顶压所述第二矩形框架、所述第二承载装置以及设置于所述第二矩形框架内部的岩体试样相对设置在所述第一矩形框架内部的岩体试样向上运动，以进行岩体试样的剪切试验。
2.根据权利要求1所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，该试验系统还包括高能加速器CT扫描系统和旋转装置，所述高能加速器CT扫描系统包括射线源装置和探测器装置，所述射线源装置和所述探测岩体试样在剪切试验中裂纹萌生、起裂、扩展和贯通的渐进破坏过程；
所述射线源装置的高度为h，所述第一水平加载油缸的高度为h1，所述第二水平加载油缸的高度为h2，h∈(h2，h1)；
所述旋转装置设置于所述承载装置、所述法向加载装置的下方，所述旋转装置可在旋转动力装置的驱动下带动加载装置、承载装置连同剪切盒旋转，并与所述高能加速器CT扫描系统配合进而精确获取岩体剪切渐进破坏过程中的裂纹产生、发展的时间和空间信息。
3.根据权利要求1所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，所述第一水平加载油缸包括第一活塞组件和第一缸体组件，所述第一活塞组件远离所述第二承载装置的一端固设于所述第一水平加载框架，另一端设置于所述第一缸体组件内部，且所述第一活塞组件与所述第一缸体组件之间设置有第一加载腔，所述第一加载腔可通过液压油的注入/回流控制所述第一缸体组件对所述第二承载装置的加载力；所述第一缸体组件远离所述第一活塞组件的端部设置有第一静压支撑腔，所述第一静压支撑腔可通过液压油的注入/回流控制所述第一缸体组件对所述第二承载装置的加载力并降低加载过程中由于所述第二承载装置在竖直方向的运动而在二者之间产生的摩擦力；
所述第一静压支撑腔远离所述第二承载装置的一侧到所述第一活塞组件的距离小于所述第一缸体组件远离所述第一活塞组件的一侧到所述第一活塞组件的距离；
所述第一缸体组件的两侧设置有第一竖直限位装置和第二竖直限位装置，所述第一竖直限位装置与所述第二竖直限位装置相对于所述第一缸体组件的长度轴线对称设置；所述第一竖直限位装置与所述第二竖直限位装置固设于所述第二承载装置上部且所述第一竖直限位装置、所述第二竖直限位装置与所述第一缸体组件接触设置。
4.根据权利要求3所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，所述第二水平加载油缸与所述第一水平加载油缸平行设置；
所述第二水平加载油缸包括第二活塞组件和第二缸体组件，所述第二活塞组件远离所述第二承载装置的一端固设于所述第二水平加载框架，另一端设置于所述第二缸体组件内部，且所述第二活塞组件与所述第二缸体组件之间设置有第二加载腔，所述第二加载腔可通过液压油的注入/回流控制所述第二缸体组件对所述第二承载装置的加载力；所述第二缸体组件远离所述第二活塞组件的端部设置有第二静压支撑腔，所述第二静压支撑腔可通过液压油的注入/回流控制所述第二缸体组件对所述第二承载装置的加载力并降低加载过程中由于所述第二承载装置在竖直方向的运动而在二者之间产生的摩擦力；
所述第二静压支撑腔远离所述第二承载装置的一侧到所述第二活塞组件的距离小于所述第二缸体组件远离所述第二活塞组件的一侧到所述第二活塞组件的距离；
所述第二缸体组件的两侧设置有第三竖直限位装置和第四竖直限位装置，所述第三竖直限位装置与所述第四竖直限位装置相对于所述第二缸体组件的长度轴线对称设置；所述第三竖直限位装置与所述第四竖直限位装置固设于所述第二承载装置下部且所述第三竖直限位装置、所述第四竖直限位装置与所述第二缸体组件接触设置。
5.根据权利要求1所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，所述第一承载装置包括依次设置的第一结构、第二结构和第三结构；
所述静剪切盒还包括第一限位装置和第二限位装置，所述第一限位装置与所述第二限位装置分别设置于所述第一矩形框架的上下两侧；所述第一限位装置固设于所述第一结构的内侧；所述第二限位装置固设于所述第三结构的内侧；
所述第二结构的内侧设置有矩形凸起结构，所述矩形凸起结构与所述第一矩形框架的矩形通孔相适配；
所述第一结构、所述第二结构与所述第三结构一体成型设置或者固定连接。
6.根据权利要求5所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，所述第一承载装置还包括第四结构，所述第四结构水平设置于所述第三结构内侧，且所述第四结构与所述第一结构、所述第二结构、所述第三结构构成L型结构；所述法向加载装置固设于所述第四结构的顶部。
7.根据权利要求5所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，所述第一限位装置为第一限位垫块；所述第二限位装置为第二限位垫块；所述第一限位垫块与所述第二限位垫块用于所述静剪切盒的固定以及在剪切过程中对所述静剪切盒提供反力；
所述第一限位垫块在水平方向的长度、所述第二限位垫块在水平方向的长度均不大于所述第一矩形框架在水平方向的长度。
8.根据权利要求1所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，所述第二矩形框架的下侧边框的竖直长度大于上侧边框的竖直长度。
9.根据权利要求1所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，所述第一水平加载框架与所述第二水平加载框架的结构设置相同；
所述第一水平加载框架与所述第二水平加载框架均为自平衡加载框架。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的用于高能加速器CT扫描的岩体剪切试验系统，其特征在于，所述第一承载装置靠近试样的一侧设置有第一调节板；
所述第二承载装置靠近岩石试样的一侧设置有第二调节板；
所述第一调节板与所述第二调节板均为矩形板状结构；所述第一调节板、所述第二调节板分别与所述第一矩形框架、所述第二矩形框架的内部相适配。
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