[發明專利]一種與CT掃描儀配套的扭剪實驗機及其使用方法

有效

• 申請號: 202010009347.8
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111157361B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 趙曉東;秦建香;王東;周興亞;田秋紅
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/22;G01N3/12;G01N3/02;G01N23/046
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明公開了一種與CT掃描儀配套的扭剪實驗機及其使用方法，適用于煤炭企業研究使用。包括軸壓施加裝置、扭矩施加裝置、低射線吸收率壓力室和底座組成，軸壓、扭矩施加裝置集成并與上支撐板固定，上支撐板和下支撐板通過拉桿聯接，底座、低射線吸收率壓力室與下支撐板固定連接，低射線吸收率壓力室頂蓋和下支撐板上設有水、傳壓液接口和排氣、制冷接口。可以形成荷載—凍融雙重擾動環境，并與現有CT掃描儀配套，其結構簡單，使用效果好，能夠實現擾動環境中空心樣品裂縫演化規律的可視化。

技術領域

本發明涉及一種扭剪實驗機及其使用方法，尤其適用于煤礦企業模擬仿真使用的一種與CT掃描儀配套的扭剪實驗機及其使用方法。

背景技術

我國西部鄂爾多斯盆地富含豐富的煤、鈾、巖鹽等固體礦產資源，石油、天然氣等油氣資源以及水、地熱資源。豎井是通向地下礦體的咽喉要道。鄂爾多斯盆地普遍發育中生代白堊系、侏羅系砂巖，屬泥質弱膠結，具有極強的暴露風化、遇水泥化、振動松化等工程環境效應，且受弱構造影響（主要為先期不均勻擠壓和后期水平不對稱剪切—扭轉）區域性共軛裂縫普遍發育，嚴重制約豎井建造技術的發展和創新。

壓扭實驗是重現共軛裂縫的有效手段，與CT掃描儀配套的扭剪實驗機則是實現裂縫可視化的基礎，而考慮樣品初始非均質性和擾動誘發非均質性則是獲得裂縫演化的關鍵。現有扭剪實驗對象涵蓋巖石、凍土和軟土三類，實驗的主要目的是獲得復雜應力路徑、特別是主應力軸旋轉條件下樣品強度，進而建立三維應力空間中強度準則，屬于單元實驗。但是泥質弱膠結砂巖具有散體材料和膠結性材料的雙重性質，且具有強非均質性，該類材料中裂縫形成機理和演化規律實驗是從非連續介質力學角度出發的非單元實驗。

另外，現有扭剪實驗機不能實現溫度梯度控制，難以準確模擬荷載—凍融雙重擾動誘發的梯度非均質環境，且不能與CT掃描儀配套，難以實現共軛裂縫形成、擾動演化的可視化。

發明內容

針對上述技術的不足之處，提供一種結構簡單，模擬效果好，針對弱膠結砂巖共軛裂縫擾動演化效果好的，且與CT掃描儀配套的扭剪實驗機及其使用方法。

為實現上述技術目的，本發明的與CT掃描儀配套的扭剪實驗機，包括相對設置的上支撐板和下支撐板，上支撐板上設有力發生裝置，下支撐板上設有底座和低射線吸收率壓力室，力發生裝置與低射線吸收率壓力室相對設置，上支撐板與下支撐板的邊沿分別設有多根大拉桿相互連接；

力發生裝置包括軸壓施加裝置和扭矩施加裝置；軸壓施加裝置包括步進電機、減速機、聯軸器、滾珠絲桿、加壓軸和加壓軸套，其中步進電機的輸出軸通過減速機順序連接有聯軸器、滾珠絲桿和加壓軸，滾珠絲桿和加壓軸固定連接并設置在加壓軸套內，加壓軸連接有垂直向下設置的壓扭傳感器，壓扭傳感器底端設有凸緣，加壓軸套上設有止轉鍵，加壓軸套通過軸承活動連接在上支撐板上；

所述低射線吸收率壓力室為兩端設有法蘭結構的管狀結構，低射線吸收率壓力室的下端與下支撐板固定連接，低射線吸收率壓力室中在下支撐板上設有底座，底座上設有空心圓柱樣品，空心圓柱樣品上設有傳力軸，傳力軸頂部設有與凸緣匹配的凹槽，傳力軸與頂蓋滑動聯接，頂蓋與低射線吸收率壓力室的上端法蘭密封連接，其中傳力軸、空心圓柱樣品和底座軸向匹配，三者內均設有空腔并相互連接最終組合形成內壓腔，傳力軸與空心圓柱樣品間設有環形的上空腔，底座和下支撐板間設有環形的下空腔，低射線吸收率壓力室與空心圓柱樣品間設有外壓腔，傳力軸側面設有通向內壓腔的排氣孔和通向空心圓柱樣品內部的排氣孔，頂蓋上設有上端制冷液通道和通向外壓腔的排氣孔，其中上空腔通過上端制冷液通道與外接制冷器相連，頂蓋上的排氣孔與空心圓柱樣品的外壓腔連通，下支撐板上設有內壓施加通道、外壓施加通道、下端制冷液通道和水壓施加通道，其中內壓施加通道與內壓腔連通，外壓施加通道與外壓腔連通，下空腔通過下端制冷液通道穿過底座和下支撐板與外接制冷器相連，水壓施加通道穿過下支撐板和底座與空心圓柱樣品相連通。

所述下支撐板下方通過小拉桿連接有輔助支撐板，輔助支撐板底部四周設有支撐腳。