[发明专利]基于CT扫描和冻融损伤的霍普金森压杆实验系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于CT扫描和冻融损伤的霍普金森压杆实验系统及方法，包括冻融试验箱、霍普金森压杆系统、冷空气控制器、温度调控装置、X射线源、探测器，探测器设置在冻融实验箱的底部，X射线源与探测器相对设置，X射线源向外连接CT扫描设备，霍普金森压杆系统的入射杆和透射杆分别从两侧伸入冻融试验箱中，冻融试验箱内还设置有电热板，冷空气控制器向冻融试验箱内通入冷媒或压缩空气，冻融试验箱还设有水进出管。本发明可以对样品进行持续循环的冻融试验、冲击动力学试验和累积损伤成像分析；用于饱水冻融或冷空气冻融岩土材料样品的累积损伤成像分析。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，尤其涉及一种基于CT扫描和冻融损伤的霍普金森压杆实验系统及方法。

背景技术

近年来，随着研究的不断深入与科学实验室的建立，揭示了宏观破坏与累积微观破坏都会引起岩土体整体发生形变，研究微观破坏演变到宏观破坏的累积变化过程，有利于判别岩土体的破坏机制，进行灾害预防或爆破破碎。针对高原高寒地区岩土体破坏演变过程，岩土体经过长期的冻融循环其力学性质和结构都发生了改变，高原高寒地区作为条件恶劣的工作场地，且涉及矿山爆破、隧道掘进、水利水电、排土场等岩土工程建设活动愈来愈多，对其进行科学研究提供建设方案和技术借鉴也是大量学者、专家格外关注的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CT扫描和冻融损伤的霍普金森压杆实验系统及方法，解决了围压状态和冲击荷载双重条件下岩土体内部冻融损伤成像的技术问题与科学研究，对样品进行持续循环的冻融试验、冲击动力学试验和累积损伤成像分析；用于饱水冻融或冷空气冻融岩土材料样品的累积损伤成像分析。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

基于CT扫描和冻融损伤的霍普金森压杆实验系统，包括冻融试验箱、霍普金森压杆系统、冷空气控制器、温度调控装置、X射线源、探测器，所述探测器作为材料样品的支架设置在冻融实验箱的底部，所述X射线源与探测器相对设置，所述X射线源向外连接CT扫描设备，在材料样品放置位置的两侧设有通孔，所述霍普金森压杆系统的入射杆和透射杆分别从两个通孔伸入冻融试验箱中，所述冻融试验箱内还设置有电热板，所述电热板与温度控制装置电连接，所述冻融试验箱通过管道与冷空气控制器连接，所述冷空气控制器向冻融试验箱内通入冷媒或压缩空气，所述冻融试验箱还设有水进出管。

所述通孔设置有密封阀门。

所述密封阀门为航空玻璃材质。

在所述冻融试验箱中还设有压力传感器和温度传感器。

所述冻融试验箱采用非金属保温材料制成。

所述冻融试验箱、探测器均采用航空玻璃材质。

所述入射杆和透射杆分别有4/5部位为航空玻璃材质，剩余1/5部分为金属材质，金属材质部分在冻融试验箱外部，用于粘贴应变片。

所述冻融试验箱的温度环境为-40～100℃。

基于CT扫描和冻融损伤的霍普金森压杆实验系统进行试验的方法，包括如下方法：

将材料样品固定于探测器上，关闭冻融试验箱的密封阀门，向冻融试验箱内注入没过材料样品的水，通过冷空气控制器向冻融试验箱中通入压缩空气进行加压，对材料样品进行饱水处理，然后进行下述试验：

1)通过冷空气控制器向冻融试验箱中送入冷媒，对保水处理后的材料样品进行反复的冻融试验，通过CT扫描设备对材料样品进行冻融试验后的累积损伤情况、裂纹扩展情况、材料样品内部孔隙的变化情况的观察；

2)通过霍普金森压杆系统对材料样品进行冲击动力学试验，通过CT扫描设备观察累积损伤情况下的材料样品内部裂纹扩展情况和应力-应变情况；