[發明專利]用于高能加速器CT掃描的巖體剪切試驗系統

有效

• 申請號: 202011256870.7
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112414870B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 祁生文;鄭博文;黃曉林;郭松峰;梁寧;鄒宇;羅光明;張路青;趙海軍;薛雷;李志清;郭捷;姜立波;王鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/06;G01N3/02;G01N23/046
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

本發明屬于巖體力學試驗技術領域，旨在解決無法對巖體剪切漸進破壞過程進行精準掃描的問題，具體涉及一種用于高能加速器CT掃描的巖體剪切試驗系統，包括雙水平加載裝置、承載靜剪切盒的第一承載裝置、承載動剪切盒的第二承載裝置、法向加載裝置等結構；在試驗中，雙水平加載裝置為巖體同步施加相同的加載力，法向加載裝置為巖體施加剪切力；通過雙水平加載裝置的平行間隔設置以及水平方向施加加載力、豎直方向施加剪切力的加載方式，可有效實現在巖體剪切漸進破壞精準掃描過程中加載油缸與巖體試樣的互不干涉。通過本發明可提供一套與CT掃描技術結合的新型巖體剪切試驗系統，進而為實現巖體剪切漸進破壞過程中可視化檢測提供關鍵的技術支撐。

技術領域

本發明屬于巖體力學試驗技術領域，具體涉及一種用于高能加速器CT掃描的巖體剪切試驗系統。

背景技術

巖體是地質體，由巖塊和結構面組成。巖體的抗剪強度特性是評價其穩定性的關鍵指標。巖體在剪切作用下會產生裂紋的萌生、起裂、擴展和貫通的漸進破壞過程。巖體剪切漸進破壞過程的定量刻畫對于厘定巖體的抗剪強度特性至關重要。

現有研究主要采用室內試驗和數值模擬兩種手段進行。在室內試驗過程中，通過剪切試驗儀結合聲發射設備可以間接獲取巖體剪切漸進破壞過程中的裂紋產生、發展的時間和空間信息，但無法直接表征巖體內部裂紋的動態演化過程；在數值模擬過程中，通過有限元或者離散元方法結合建模參數試湊方法來描述巖體內部裂紋的生長過程，但由于數值模擬方法的多解性，無法真實的體現巖體內部的動態損傷破壞過程。因此，上述兩種手段對于深刻認識巖體的抗剪強度特性均具有局限性。

為了突破上述瓶頸，亟待研發一款高能加速器CT巖體剪切試驗平臺，利用巖體剪切試驗技術結合高能加速器CT掃描技術實現巖體剪切漸進破壞過程中裂紋萌生、起裂、擴展和貫通的可視化，進而達到巖體剪切漸進破壞過程定量刻畫的目的。現有的用于高能加速器CT掃描的巖體剪切試驗系統的加載框架均為水平方向施加剪切力，豎直方向施加壓力或拉力，加載裝置或者剪切裝置中的加載油缸不可避免的設置于巖體試樣的外側，當利用高能加速器CT進行掃描時，掃描巖體試樣的視野中由于加載油缸的存在導致掃描結果不準確，無法對巖體試樣在剪切試驗過程中進行全方位掃描，無法滿足巖體試樣剪切漸進破壞過程的可視化需求。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決無法對巖體剪切漸進破壞過程進行精確掃描的問題，本發明提供了一種用于高能加速器CT掃描的巖體剪切試驗系統，該試驗系統包括用于容納巖體試樣的剪切盒、用于對所述剪切盒支撐的承載裝置和剪切加載裝置；所述剪切盒包括靜剪切盒和動剪切盒，所述靜剪切盒與所述動剪切盒左右相對設置；所述靜剪切盒包括第一矩形框架，所述動剪切盒包括第二矩形框架，所述第二矩形框架與所述第一矩形框架相對設置；

所述承載裝置包括第一承載裝置和第二承載裝置，所述第一承載裝置設置于所述靜剪切盒的外側，所述第一矩形框架固設于所述第一承載裝置的內側，且所述第一承載裝置與所述第一矩形框架構成右開口的左半容納腔；所述第二承載裝置設置于所述動剪切盒的外側，所述第二矩形框架固設于所述第二承載裝置的內側，所述第二承載裝置具有延伸至所述第二矩形邊框內部的凸起結構，所述第二承載裝置與所述第二矩形框架構成左開口的右半容納腔；

所述剪切加載裝置包括水平加載裝置和法向加載裝置，所述水平加載裝置包括第一水平加載裝置和第二水平加載裝置；所述第一水平加載裝置包括第一水平加載框架和第一水平加載油缸，所述第一水平加載框架具有第一矩形通孔，所述第一承載裝置的上部側面與所述第一矩形通孔的左側壁連接；所述第一水平加載油缸與所述第一矩形通孔的右側壁連接，并在液壓力的作用下可對所述第二承載裝置施加第一水平加載力；所述第二水平加載裝置包括第二水平加載框架和第二水平加載油缸，所述第二水平加載框架具有第二矩形通孔，所述第一承載裝置的中部側面與所述第二矩形通孔的左側壁連接；所述第二水平加載油缸與所述第二矩形通孔的右側壁連接，并在液壓力的作用下可對所述第二承載裝置施加第二水平加載力；所述法向加載裝置設置于所述第二矩形框架的下方，且所述法向加載裝置的活動端與所述第二矩形框架接觸設置；