[发明专利]基于碳纤维复合材料的压力室

说明书

技术领域

本发明涉及岩土试验技术领域，尤其涉及一种基于碳纤维复合材料的压力室。

背景技术

岩土试验机是为研究岩土的应力、应变关系的一种基础科学试验仪器，由轴压系统、围压系统和温度控制系统组成，工作原理是通过轴压系统对试样施加轴向试样力，通过压力室对试样施加围压，同时通过温度控制系统使试样的上、下端面、试样中部分别处在不同的温度环境下，从而模拟试样在不同温度下的多种实际工况。传统的岩石试验机大部分只能测得岩石试样的应力应变关系曲线，而对于岩石在破裂过程中的裂纹产生和发展过程却无法进行监测并获得图像。

近几年的岩石试验技术有了长足的进步，因此所提出的试验条件也越来越多，岩石试样在多场耦合下的变形情况是现在的研究热点，上述多场通常包括压力场、温度场和电磁场等等。

随着计算机技术的不断完善和发展，CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)识别技术被应用到岩土试验中来，这为观测岩石试样的破裂过程提供了技术依据。为了在试验过程中对岩土试样各个纵向截面的变形情况进行动态观测，就需要在试验中使得岩石试样与CT扫描仪有相对转动。

中国科学院兰州冰川冻土研究所曾采用CT测试技术开展过岩土三轴试验。他们采用的是将应变式三轴压力室直接放到CT机中进行扫描，这种CT扫描方法只适合于压力室轴向压力和周围压力较低的场合，对大型的岩土试验机并不适用。

发明专利CN 200620096213.X公开了一种全方位扫描岩土CT三轴仪，它是一种全非金属制作的三轴仪，不但能进行横向断面的扫描，而且能进行纵向(轴向)断面的扫描。但该三轴仪也只适用于轴压和围压较小的场合，对大型岩土试验机不适用。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于碳纤维复合材料的压力室，以实现有效地利用压力室进行岩土试验。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于碳纤维复合材料的压力室，包括：

复合材料层(5)、金属基筒(6)，所述复合材料层(5)包裹在所述金属基筒(6)的外围，采用碳纤维复合材料制作，所述金属基筒(6)内放置有岩石试样基座(7)，岩石试样(8)放置于所述岩石试样基座(7)上，所述岩石试样(8)的上方放置有垫块(9)；

所述压力室中充围压液并加载围压p，轴向加载力F通过所述垫块(9)作用于所述岩石试样8上。

进一步地，所述压力室的两端外径大于中间部分的外径。

进一步地，所述金属基筒的两端部分的壁厚大于中间部分的壁厚，采用内外圆同心的均匀的金属圆筒加工而成。

进一步地，所述金属基筒(6)采用低密度金属材料制作。

进一步地，所述复合材料层(5)包括横纵向碳纤维层一(10)、胶合剂(11)、斜向碳纤维层(12)、横纵向碳纤维层二(13)和硬化层(14)。

进一步地，

在金属基筒(6)的外圆表面上涂胶合剂(11)，并缠绕数层浸润了胶合剂(11)的横纵向碳纤维布形成横纵向碳纤维层(10)；在横纵向碳纤维层一(10)上再缠绕数层浸润了胶合剂(11)的斜向碳纤维布形成斜向碳纤维层(12)，在所述斜向碳纤维层(12)上再缠绕数层浸润了胶合剂(11)的横纵向碳纤维布形成横纵向碳纤维层二(13)，所述复合材料层(5)的最外层涂上硬化层(14)。

进一步地，所述胶合剂(11)包括酚醛树脂。

进一步地，所述复合材料层(5)的碳纤维材料的缠绕过程在真空环境中进行，所述复合材料层(5)的外表面通过机加工保证圆度。

进一步地，所述压力室与射线源(3)、工业CT(1)构成岩石力学试验机，所述射线源(3)和所述工业CT(1)分布在试验机压力室的两侧，随着轴向加载力F的增大，所述岩石试样8出现裂纹，射线源(3)发出X射线穿透压力室与岩石试样(8)，在工业CT(1)中成像。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于碳纤维复合材料的压力室由内部金属材料和外部碳纤维强化，使压力室的密度低，强度高，弹性模量大，同时内部是金属材料，在压力室反复拆装更换岩石试样边缘不易损坏，提高了使用寿命。本发明实施例提供的基于碳纤维复合材料的压力室的工作方式能够适用于压力室轴向压力和周围压力比较大的场合，能够应用于大型的岩土试验机。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明