[發明專利]帶超聲相控陣列實時成像系統的巖石真三軸試驗裝置

在審

• 申請號: 201710903216.2
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107941915A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 胡大偉;王沖;周輝;盧景景;張傳慶;楊凡杰;朱勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明屬于巖石力學與巖石試驗領域，具體涉及一種帶超聲相控陣列實時成像系統的巖石真三軸試驗裝置。

背景技術

巖石變形破裂的宏觀現象背后隱藏著其細觀機理，即在細觀尺度上裂紋的萌生、擴展、貫通至破壞的演化過程，從細觀層次探明裂紋的演化規律具有重要的理論意義和應用價值。目前，大多采用工業CT機配合自主研制的加載裝置進行三軸壓縮試驗，觀察巖石破壞過程中內部裂紋擴展演化過程，一定程度上實現了巖石破壞過程中細觀結構的實時觀察和分析。

申請號為：201510577392.2，專利名稱為《一種帶CT實時掃描系統的巖石真三軸試驗系統及方法》公開了一種可以進行CT實時掃描的真三軸試驗裝置，該裝置解決了X射線無法穿透傳統真三軸試驗機的難題，實現了巖石破壞過程中細觀結構的實時觀察和分析，但由于壓力盒、立柱以及反力裝置均采用碳纖維材料制成，其強度以及裝置尺寸相比傳統真三軸裝置小很多，無法對大試樣以及強度高的試樣進行實驗。

此外，部分儀器采用聲發射技術，觀察巖石破壞過程中內部裂紋擴展演化過程。但聲發射技術一方面需要在試樣上安裝若干個探頭，不利于荷載的施加。一方面需要由探頭的空間位置以及聲波到達探頭的時差經計算得到巖石裂紋的位置，結果不夠直觀，且誤差大；另一方面，聲發射技術只能給出聲發射源的位置、活性、強度，不能給出聲發射源內缺陷的性質和大小，即只能給出裂紋的大體位置，無法得到裂紋的形狀以及大小。

現亟需一種分辨率較高、信噪比較好，能清楚地觀察裂紋的萌生、擴展、貫通至破壞的演化進程且能對強度高、尺寸大的試樣進行實驗的巖石真三軸細觀結構實時成像測試分析裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種帶超聲相控陣列實時成像系統的巖石真三軸試驗裝置，實驗人員在實驗過程中可以實時觀測巖石試樣在加載過程中裂紋的萌生、擴展、貫通至試樣破壞的演化過程。

為了實現上述本發明的目的，本發明的技術方案為：帶超聲相控陣列實時成像系統的巖石真三軸試驗裝置，包括真三軸加載系統和超聲相控陣列檢測系統；其特征在于：所述真三軸加載系統包括X方向加載系統、Y方向加載系統、Z方向加載系統，X方向加載系統、Y方向加載系統、Z方向加載系統各自獨立,X方向加載系統包括：手動操作加載部分7、泵動加載部分和水平壓頭；Y方向加載系統包括：圍壓加壓系統排氣口，圍壓加壓系統進油口、圍壓加壓系統出油口；Z方向加載系統包括：軸壓室、垂直加載活塞、正方形上壓頭、正方形下壓頭；正方形上壓頭和正方形下壓頭均設置于圍壓室內,軸壓室安裝在圍壓室正上方，垂直加載活塞位于正方形上壓頭正上方，正方形上壓頭和下正方形壓頭分別設置于試樣的上、下兩端；所述軸壓室下端面設置有通孔，軸壓室與圍壓室通過通孔連通；垂直加載活塞包括垂直加載活塞橫向部分和垂直加載活塞縱向部分，垂直加載活塞縱向部分與垂直加載活塞橫向部分垂直，垂直加載活塞縱向部分位于垂直加載活塞橫向部分下端的中心，垂直加載活塞橫向部分位于軸壓室內，垂直加載活塞縱向部分下端位于通孔內或向下伸出軸壓室進入圍壓室，垂直加載活塞橫向部分與垂直加載活塞縱向部分為一體式結構；有左軸桿、右軸桿分別以軸對稱形式設置于圍壓室兩側,且分別穿過圍壓室外壁；泵動加載部分右端連接于左軸桿左端，手動操作加載部分左端連接于右軸桿右端；圍壓加壓系統進油口、圍壓加壓系統出油口分別以軸對稱形式設置于圍壓室外壁下端的左、右兩側，圍壓加壓系統排氣口設置于圍壓室外壁上端的右側；有底座垂直連接于圍壓室下端；試樣為底面為正方形的矩形體，水平壓頭有兩個，分別位于試樣左、右兩端，水平壓頭為長方體，且與試樣接觸的截面與試樣形狀及尺寸相同；正方形上壓頭和正方形下壓頭的底面形狀均為正方形、且與所述試樣底面尺寸相同；所述Z方向加載系統還包括軸向加載系統進油口、軸向加載系統出油口和軸向加載系統排氣口，軸向加載系統進油口和軸向加載系統出油口,軸向加載系統進油口、軸向加載系統出油口分別以軸對稱形式設置于軸壓室外壁上端的左、右兩側，軸向加載系統排氣口設置于軸壓室外壁下端的右側；所述超聲相控陣列檢測系統包括上位機、超聲觸發/接收板和超聲相控陣換能器，所述上位機與超聲觸發/接收板連接，超聲相控陣換能器聲波發射面通過耦合劑耦合在試樣的前方或后方，所述超聲觸發/接收板和上位機均設置于圍壓室外。