[發(fā)明專利]一種巖石三軸壓縮超聲實(shí)時掃描裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710093575.6
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106644739A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張帆;余煜東;胡維;操旺進(jìn);趙建建;胡大偉
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 薛玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種巖石三軸壓縮時進(jìn)行超聲波實(shí)時掃描的系統(tǒng)，具體涉及利用超聲檢測成像系統(tǒng)實(shí)時檢測巖石在三軸壓縮過程中產(chǎn)生的裂隙的一種裝置。

背景技術(shù)

隨著放射性核廢料深深層地質(zhì)處置、礦山資源深部開采、煤與油頁巖的地下氣化、地?zé)豳Y源開發(fā)、煤層瓦斯的安全抽放和綜合利用等重大工程問題，高溫后巖石物理力學(xué)特性研究成為了現(xiàn)在巖石領(lǐng)域主流研究方向。巖石經(jīng)歷高溫以后，受到溫度引起的熱應(yīng)力的作用會導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)的熱破裂，進(jìn)而影響巖石的物理力學(xué)特性，使巖石在一定荷載作用下產(chǎn)生大量裂縫，從而影響工程的可靠性。

為了確定這些巖石在工程中所能承載的能力，進(jìn)行的試驗(yàn)有很多，主要為通過伺服試驗(yàn)系統(tǒng)提供軸壓，用油壓來提供圍壓，并且為了模擬實(shí)際工程的工作環(huán)境，以向試樣內(nèi)部注射液體提供孔壓，通過工控機(jī)來控制加載的荷載量。這種方式可以在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室建立起巖石試樣在三軸應(yīng)力作用下的本構(gòu)模型，但對于裂隙的定位是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的盲區(qū)。

超聲檢測技術(shù)作為一種簡單方便性價比高的測試技術(shù)，近年來已在工業(yè)材料檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但對于巖石性能研究中的超聲檢測，多發(fā)生在測試前后，在巖石三軸壓縮測試過程中，有必要對巖石內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生時機(jī)和位置進(jìn)行檢測分析，從而更好的判斷巖石中裂縫的產(chǎn)生與受壓程度之間的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室建立起巖石試樣在三軸應(yīng)力作用下的本構(gòu)模型中產(chǎn)生的裂縫無法定位問題，提供一種巖石三軸壓縮超聲實(shí)時掃描裝置。

解決上述問題的技術(shù)方案是：

一種巖石三軸壓縮超聲實(shí)時掃描裝置，包括軸向施壓結(jié)構(gòu)、周向施壓結(jié)構(gòu)和超聲掃描結(jié)構(gòu)；所述的軸向施壓結(jié)構(gòu)為電液伺服系統(tǒng)1，所述的周向施壓結(jié)構(gòu)包括一軸向貫通的缸筒9，缸筒9上下端分別由頂蓋3和底蓋14密封，缸筒9與頂蓋3和底蓋14共同組成圍壓室7，所述頂蓋3中部設(shè)有活塞2，活塞2上方與電液伺服系統(tǒng)1底部的壓桿連接，活塞2下方連接壓頭4，壓頭4下方依次設(shè)有與壓頭4連接的上透水墊板6 和與底蓋14連接的下透水墊板11，所述壓頭4與底蓋14之間套設(shè)有橡皮套8，所述壓頭4、上透水墊板6、橡皮套8和下透水墊板11組成測試室10，所述的超聲掃描結(jié)構(gòu)為若干組連接于測試室10外側(cè)壁的超聲掃描探頭13。

所述的底蓋14為三段式圓臺結(jié)構(gòu)，其中頂部圓臺周向尺寸與壓頭4尺寸相適應(yīng)，橡皮套8上下端分別套設(shè)在壓頭4和頂部圓臺上后，用上卡箍5和下卡箍12固定密封，形成設(shè)置在頂部圓臺上端的測試室10，三段圓臺中的中部圓臺上設(shè)有凸櫞，用于固定超聲掃描探頭13，探頭緊密貼合于頂部圓臺和測試室10側(cè)壁，三段圓臺中的底部圓臺水平方向和中間圓臺縱向設(shè)有相連通的鉆孔，相連通的鉆孔之間形成預(yù)留通訊通道15，便于所述探頭的屏蔽信號線穿出，通道開口處在屏蔽信號線穿出后用環(huán)氧樹脂密封，防止所述圍壓室內(nèi)高壓油泄漏。

所述頂蓋3與底蓋14之間外圍通過若干對穿螺栓連接固定。

所述缸筒9的內(nèi)徑與底座14三段式圓臺的中部圓臺周向外徑尺寸一致。

所述的超聲掃描探頭13周向分為三組，三組探頭周向呈120°夾角分布，每組探頭均采用二維陣列探頭，在測試室外不同位置進(jìn)行掃描陳列發(fā)射同時進(jìn)行陣列接收。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明通過將超聲檢測成像系統(tǒng)的探頭置于圍壓室，與測試室合理接觸，能在進(jìn)行巖石三軸壓縮的過程中，對巖石進(jìn)行超聲波掃描，實(shí)時監(jiān)測巖石內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生，得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而為工程提供更為可靠的測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為預(yù)防工程因裂隙的產(chǎn)生導(dǎo)致災(zāi)害事故提供了更可靠的測試方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明底座俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一種超聲探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1-電液伺服系統(tǒng)；2-活塞；3-頂蓋；4-壓頭；5-上卡箍；6-上透水墊板；7-圍壓室；8-橡皮套；9-缸筒；10-測試室；11-下透水墊板；12-下卡箍；13-超聲掃描探頭；14-底蓋；15-預(yù)留通訊通道；F-發(fā)射陣列；J-接收陣列。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明，如圖1-3所示，裝置中放置巖石試樣的測試室10由壓頭4、上卡箍5、上透水墊板6、下透水墊板11、下卡箍12構(gòu)成，測試室10放置在底蓋14的頂部圓臺上，通過下卡箍12固定在頂部圓臺上，測試室10內(nèi)放置巖石試樣，其中上透水墊板6和下透水墊板11使得巖石試樣在測試室內(nèi)受壓均勻且便于進(jìn)行巖石試樣的孔壓測試。