[發明專利]一種CT實時三維掃描的高溫、滲流、剪切耦合巖石三軸試驗系統

在審

• 申請號: 201710346014.2
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107084876A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 李博;趙志宏;杜時貴;黃嘉倫;金棟;周楷峰
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: G01N3/06
• 分類號: G01N3/06;G01N3/24;G01N15/08
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明屬于巖土工程領域，涉及一種巖石高溫、滲流、剪切耦合試驗系統，具體來說一種CT實時三維掃描高溫、滲流、剪切耦合巖石三軸試驗系統。

背景技術

近年來在如高放射性核廢料的地質處置、二氧化碳的地下封存等國家重大巖土工程項目中出現了一些復雜的科學技術問題，迫切要求巖土工程工作者對復雜耦合環境下巖石的力學和工程性質進行更深入的研究以找到合理的工程技術方案。而溫度、滲流、應力耦合問題是其中的核心問題之一，急需構建相應的巖石試驗系統和測試方法來準確的評估巖石的多場耦合特性。剪切破壞是巖體破壞的一種常見形式，是工程長期穩定性評估中的一個關鍵因素，在多場耦合測試中考慮剪切的作用十分重要。目前大量的測量技術只能得到試件表面的變形破壞特征，而CT掃描技術則可以對試件內部的結構變化進行全方位監測，從微觀的角度了解巖石的變形破壞機理，從而更深入的理解巖石的多場耦合特性。目前對軸壓和圍壓作用下的巖石耦合特性測試方法已較為成熟，但如何在耦合環境中考慮剪切的作用并應用于CT掃描則還面臨著極大的困難。

發明內容

為了克服已有技術無法實現高溫、滲流和剪切情況下的耦合環境中的剪切作用的不足，本發明提供了一種CT實時三維掃描的高溫、滲流、剪切耦合巖石三軸試驗系統，有效地解決巖石試件圍壓和溫度控制的問題，并實現在高溫、滲流和剪切試驗過程中通過CT裝置得到試件內部的三維掃描圖像。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種CT實時三維掃描的高溫、滲流、剪切耦合巖石三軸試驗系統，包括穩定整體結構的主機框架、用于進行高溫下剪切和滲流試驗的測試室、由油壓控制的剪切加載裝置、用于控制試件溫度與圍壓的溫壓伺服控制系統、由旋轉桿帶動下法蘭旋轉底座旋轉的旋轉裝置和用于得到試件內部三維圖像的CT掃描裝置；

所述的主機框架包括底座和反力架，所述旋轉裝置固定于所述底座上，所述測試室固定于所述旋轉裝置上，所述反力架固定于所述測試室上，所述反力架上放置剪切加載裝置和溫壓伺服控制系統；

所述的測試室包括圍壓室、剪切室和滲流裝置，所述圍壓室位于剪切室的外部，所述剪切室內放置巖石試件，所述巖石試件半部的上端與剪切加載裝置的動作端接觸，所述滲流裝置包括水箱、進水孔和出水口，水箱中的水通過進水孔流入巖石試件，經過出水口流出并連接到測量裝置；油箱通過進油管和出油管與圍壓室連接從而形成一個調溫循環系統，向所述圍壓室內注入高溫高壓的油對巖石試件進行加溫的同時提供圍壓；

所述的CT掃描裝置包括射線源和探測器，所述測試室兩側分別布置所述射線源和探測器。

進一步，所述圍壓室包括上法蘭蓋板、下法蘭旋轉底座、圍壓筒、高強螺栓；所述圍壓筒由碳纖維材料制成，鑲嵌在上下兩塊法蘭蓋板中，上法蘭蓋板和反力架下底板通過高強螺栓固定，下法蘭蓋板和下法蘭旋轉底座通過高強螺栓固定。

再進一步，所述剪切室包括熱收縮套、碳纖維試件卡座、墊塊、位移傳感器以及壓頭，豎向千斤頂壓頭下連接半圓柱體形壓塊，所述半圓柱體形壓塊下連接碳纖維卡座，試件的左半部置于所述碳纖維卡座內，所述壓塊穿過所述上法蘭蓋板，對試件的左半部加載剪切力，穿過蓋板的位置由密封圈密封，所述碳纖維卡座底部連接位移傳感器用于測量剪切位移；試件的右半部上下各有一個墊塊，其中下部墊塊固定，上部墊塊由螺栓連接在上法蘭蓋板上，旋轉螺栓可將墊塊壓在試件上，起到固定試件右半部的作用；包裹試件的熱收縮套，其上部從上法蘭蓋板處伸出，并通過高強螺栓固定，熱收縮套下部閉合并與下法蘭蓋板通過墊板連接，連接部設置O型密封圈防漏。

所述的溫壓伺服控制系統包括油溫傳感器、壓力傳感器、油泵、油箱、加熱器和溫壓伺服控制器，所述溫壓伺服控制器能控制油箱中的加熱器來調整油箱中的油溫，所述油箱通過進油管和出油管與圍壓室連接從而形成一個調溫循環系統，向所述圍壓室內注入高溫高壓的油對巖石試件進行加溫的同時提供圍壓；油溫傳感器、壓力傳感器能將溫度、壓力數據傳輸給溫壓伺服控制器，實時溫度和圍壓的同時控制。

所述的旋轉裝置包括下法蘭旋轉底座、旋轉桿和步進電機，所述下法蘭旋轉底座通過旋轉桿與步進電機連接，所述步進電機帶動旋轉桿旋轉，從而使下法蘭旋轉底座以及底座以上的部分發生轉動，得到試件360°的掃描圖像。

本發明的有益效果主要表現在：

1)實現在高溫和滲流耦合環境下的剪切試驗，真實地模擬深部地下巖體所處的多場耦合環境；