[实用新型]工业CT机配套动静组合加载岩石破裂表征试验装置

说明书

本实用新型提供一种工业CT机配套动静组合加载岩石破裂表征试验装置，属于岩土力学技术领域。该装置包括轴压系统、围压系统、旋转系统和扫描系统。轴压系统对样品实现轴向动静组合应力扰动加载，围压系统对试样施加围压，旋转系统中通过转台带动试验机旋转，扫描系统通过不同角度的扫描，获得被扫描物的吸收系数，进行三维成像。本实用新型利用工业CT扫描技术，实时观测岩石在动静组合应力扰动下的细观损伤和动态破裂演化过程，对岩石的破裂演化过程进行可视化、数字化表征。本实用新型中压力室采用特殊材料碳纤维，具有强度高、密度小优点，在满足功能需求下改善了X射线穿过压力室时射线能量衰减情况，并且压力室三轴缸壁承受加载反作用力。

技术领域

本实用新型涉及岩土力学技术领域，特别是指一种工业CT机配套动静组合加载岩石破裂表征试验装置。

背景技术

随着浅部矿产资源的减少，越来越多的金属矿山趋向深部发展。深部硬岩矿山不但地应力大、储能高，而且由于埋深跨度大，为了保证开采强度，通常进行多中段多矿房同时作业，地下矿房层层叠叠，各类出矿、采掘、爆破作业连续不断。在深部采场，随着大药量炸药崩矿，厚大矿体被采出，留下高应力围岩和大面积空区。由于原岩平衡状态被打破，围岩内应力转移、裂纹扩展、失稳破坏异常活跃。另外，从受力的角度分析，任何一个采场的落矿及其工程开挖扰动都会导致整个采矿系统的应力重分布，这一动态过程也会引起岩体贮存能量的变化，并极易诱发岩石片帮、冒落，甚至岩爆等一系列动力灾害。深部岩石在开采(开挖)前处于三维静应力作用状态，开采及开挖活动相对于深部岩石的初始静力状态来说，均可看作动力扰动，因此从本质上说深部岩石在开采活动中始终承受动静组合载荷作用。因此研究岩石在动静组合载荷下的细观损伤和动态破裂演化过程具有重大意义。

岩石在在应力作用下的宏观变形破坏机制可以通过三轴试验得出，但三轴试验只能得到试验结束后的岩石试样的破坏状态，无法实时观测岩石的破裂演化过程。目前工业CT扫描技术为研究材料内部结构提供了有效的实验技术手段，工业CT能够利用X射线穿透物体断面进行旋转扫描并借助高性能计算机系统实现内部图像的重建。因此工业CT扫描技术成为了研究岩石在动静组合载荷下的细观损伤和动态破裂演化过程的重要手段，而技术关键在于研发与工业CT机配套的动静组合加载岩石动态破裂可视化表征试验装置和测试方法。

基于以上需求，发明了一种与工业CT机配套的动静组合加载岩石动态破裂可视化表征试验装置与方法，利用工业CT扫描技术，实时观测岩石在动静组合应力扰动下的细观损伤和动态破裂演化过程，对岩石的破裂演化过程进行可视化、数字化表征，为矿山深部开采时岩石的稳定提供了理论支撑。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种工业CT机配套动静组合加载岩石破裂表征试验装置，该试验装置及实验方法主要功能是模拟对岩石试样的动态扰动，即在动静组合荷载实验条件下，通过工业CT扫描技术实时得到岩石试样在动静组合应力扰动下的细观损伤和动态破裂演化过程，同时该试验装置及实验方法也可以进行常规三轴试验下通过工业CT扫描技术实时得到岩石的细观损伤和动态破裂演化过程。

该装置包括试验机底座、轴压系统、围压系统、旋转系统和扫描系统，轴压系统包括上油缸刚体、上油缸上盖、上油缸下盖连接板、上油缸活塞、下油缸下盖、下油缸上盖连接板、下油缸筒、下油缸刚体和下油缸活塞，围压系统包括压力室、内置压力传感器、外置压力传感器、上压头、下压头、提升油缸升降杆、提升油缸底座和提升油缸横梁，旋转系统包括转台、上旋转滑环定子、上旋转滑环转子、下旋转滑环定子和下旋转滑环转子，扫描系统包括X射线发射机、X射线探测器、传动电机、传动减速机、传动电机座、传动轴承座、传动丝杠、垫铁和竖直机架。

转台置于试验机底座上，通过下旋转滑环定子和下旋转滑环转子连接，转台上与下油缸下盖连接，下油缸下盖置于下油缸筒下部，下油缸筒上部放置下油缸上盖连接板，下油缸上盖连接板上部为压力室，压力室下部设置下压头，下压头上方对应设置上压头，压力室上方设置上油缸刚体，上油缸刚体下部为上油缸下盖连接板，上油缸刚体上部为上油缸上盖，上油缸上盖上部设置上旋转滑环转子和上旋转滑环定子。