[发明专利]工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置

说明书

本发明提供一种工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置，属于岩土力学试验技术领域。包括轴压系统、围压系统和物理量测量系统，轴压系统包括刚性立柱、上横梁、下横梁、连接螺母、活塞、刚性传力杆和数据导线，围压系统包括压力室、加压产生管、试样排水管、加压排气管、透水石、充油管、增加器、油箱、储水箱、油管阀门、加压口阀门、储水箱阀门和排气口阀门，物理量测量系统包括压力传感器、荷载控制器、位移传感器和数据导线。这三个系统置于CT转台上，由射线源发出X射线，穿透压力室筒壁和试样，被探测器接收，传输到计算机进行试样精细图像的重构。该装置解决了岩土体试样在加载变形过程中内部结构形态的可视化和数字化表征问题。

技术领域

本发明涉及岩土力学试验技术领域，特别是指一种工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置。

背景技术

室内三轴试验是研究岩土体在应力作用下变形破坏机制的最佳手段，通过布置在试验机上的多种传感器来获取反映试样宏观力学性质的应力应变响应，但却无法获知试样内部的变形破裂机制。针对三轴试验机的缺陷，前人先后用电子显微镜、声发射和X射线CT三种方法应用于岩土测试当中。然而，扫描电子显微镜受矿物颗粒效应影响明显，只能实时观测到试样表面的变形情况，并且要求测试的试样较小(最大尺寸5cm)，不具有代表性；声发射技术主要通过记录岩石局部应力集中区能量快速释放而产生的瞬态弹性波来反演试样的破裂机制，但是声发射频率、震幅等指标与试样破裂过程中裂纹的特征参数难以建立关系，且测试过程受外界噪声干扰影响大，反演过程多具有不确定性。

计算机断层成像技术(CT)能对被检测体断层中某些特性进行定量研究，由于可以进行多层扫描且具有无损检测等优点而受到国内外岩土界的重视。传统的CT加载装置多平置于医用CT机内进行扫描试验，然而医用X射线CT机射线能量小(80～140Kev)，不能对大尺度的岩土试样进行精细扫描，并且在裂纹的动态演化识别方面也面临很大的困难。加外，传统的医用CT配套加载设备多采用合金铝材制作三轴压力室，合金铝材料对X射线的吸收较强，加之医用CT所用X射线的穿透力弱、分辨率低等不足，导致获得试样加载过程中的裂纹演化发展规律变得十分困难。伴随着工业CT以及高能加速器CT的成功研制，岩土体在力场作用下内部破裂演化的精细扫描成为可能，研制专门的试样三轴加载装置，进行试样测试过程中的边加载边扫描是认识地质体复杂应力条件下变形破裂的重点，因此研制高能量工业CT机配套的岩土力学加载装置是试验成功的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工业CT机配套便携式岩土力学实时加载试验装置。

该装置包括轴压系统、围压系统和物理量测量系统，

轴压系统包括刚性立柱、上横梁、下横梁、立柱螺母、活塞、刚性传力杆和数据导线，刚性立柱与上横梁和下横梁通过立柱螺母进行固定，活塞经由压力传感器和刚性传力杆相连，刚性传力杆将荷载作用于位移传感器进而对试样加压；

围压系统包括压力室、加压产生管、试样排水管、加压排气管、透水石、充油管、增加器、油箱、储水箱、油管阀门、加压口阀门、储水箱阀门和排气口阀门，压力室外部为压力室筒壁，加压产生管、充油管穿过压力室顶板部进入压力室内，试样排水管、加压排气管穿过压力室底部进入压力室内，压力室顶部与下横梁通过下横梁螺杆连接，并配以下横梁螺母固定，压力室底部和水平底板由底板螺杆连接，并配以底板螺母固定，压力室顶部和下横梁由上无氧铜密封圈相连密闭，压力室底部和水平底板由下无氧铜密封圈相连密闭，试样下部设置透水石，透水石置于垫块上，加压产生管连接增压器，加压产生管和增压器之间设置加压口阀门，充油管连接油箱，充油管和油箱之间设置油管阀门，试样排水管连接储水箱，试样排水管和储水箱之间设置储水箱阀门，加压排气管上设置排气口阀门；

物理量测量系统包括压力传感器、荷载控制器、位移传感器和数据导线，应力传感器和位移传感器的数据分别由荷载控制器和位移控制器记录，位移传感器由数据导线穿过刚性传力杆，放置于下横梁上。