本發(fā)明涉及巖土試驗技術領域，尤其涉及一種可調溫的置于轉臺上的巖石力學試驗機。

背景技術：

巖土試驗機是為研究巖土的應力、應變關系的一種基礎科學試驗儀器，由軸壓系統(tǒng)、圍壓系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)組成，工作原理是通過軸壓系統(tǒng)對試樣施加軸向試樣力，通過壓力室對試樣施加圍壓，同時通過溫度控制系統(tǒng)使試樣的上、下端面、試樣中部分別處在不同的溫度環(huán)境下，從而模擬試樣在不同溫度下的多種實際工況。傳統(tǒng)的巖石試驗機大部分只能測得巖石試樣的應力應變關系曲線，而對于巖石在破裂過程中的裂紋產生和發(fā)展過程卻無法進行監(jiān)測并獲得圖像。

近幾年的巖石試驗技術有了長足的進步，因此所提出的試驗條件也越來越多，巖石試樣在多場耦合下的變形情況是現在的研究熱點。通常包括壓力場、溫度場和電磁場等等。

隨著計算機技術的不斷完善和發(fā)展，CT(Computed Tomography，電子計算機斷層掃描)識別技術被應用到巖土試驗中來，這為觀測巖石試樣破裂過程提供了技術依據。為了在試驗過程中對巖土試樣各個縱向截面的變形情況進行動態(tài)觀測，就需要在試驗中使得巖石試樣與CT掃描儀有相對轉動。而為了解決試驗溫度場模擬，就必須在試驗機中增加一套加溫和控溫系統(tǒng)。

中國科學院蘭州冰川凍土研究所曾采用CT測試技術開展過巖土三軸試驗。他們采用的是將應變式三軸壓力室直接放到CT機中進行掃描，這種CT掃描方法只適合于壓力室軸向壓力和周圍壓力較低的場合，對大型的巖土試驗機并不適用，而且該試驗機并未模擬溫度條件。

由中國礦業(yè)大學等單位研制的20MN伺服控制高溫高壓巖體三軸試驗機，具有圍壓和軸壓大的特點，試樣的尺寸也達到了試樣的最高加熱穩(wěn)定溫度達到了600℃，屬于一種具有多場耦合的試驗機。該試驗機因為不能利用CT設備進行掃描，所以只能獲取試樣的變形特性，無法獲取試樣破裂時的內部裂紋產生和發(fā)展過程。

發(fā)明專利CN 200620096213.X公開了一種全方位掃描巖土CT三軸儀，它是一種全非金屬制作的三軸儀，不但能進行橫向斷面的掃描，而且能進行縱向(軸向)斷面的掃描。但也只適用于軸壓和圍壓較小的場合，對大型巖土試驗機不適用。大型巖土試驗機的軸壓、圍壓較大，須使用金屬制作試樣筒，這樣必須相應的使用高能CT機。由于大型巖土試驗機體積較大，不能直接放入高能CT機中掃描，所以須將試驗機的試樣筒部分設計為可旋轉部件。

發(fā)明專利201610248127.4公開了一種可旋轉巖石力學試驗機，其可對大巖石試樣進行CT橫向斷面和縱向斷面的多方位無遮擋掃描。但是該試驗機所能試驗的溫度條件單一，僅能進行常溫下的巖石試驗，實際上不同地層深度的巖石其所處的溫度環(huán)境是不相同的，所以有必要在試驗機中增加一套可調節(jié)溫度的加熱設備，增大試驗機的適用范圍。

技術實現要素：

本發(fā)明的實施例提供了一種可調溫的置于轉臺上的巖石力學試驗機，以實現有效地進行巖石試驗。

為了實現上述目的，本發(fā)明采取了如下技術方案。

一種可調溫的置于轉臺上的巖石力學試驗機，包括：溫度控制器(1)、液壓泵(2)、制熱器(3)、熱交換器(4)、循環(huán)回路儲油箱(5)、油箱(6)、制冷器(7)、巖石試樣基座(33)和試驗機主體；

所述液壓泵(2)的進油口與所述熱交換器(4)的出油口間通過油管連接，所述液壓泵(2)的出油口與試驗機主體中的下供電供液滑環(huán)19的進油口e間利用油管連接；所述熱交換器(4)的進油口與所述循環(huán)回路儲油箱(5)的出油口之間焊接固定，所述熱交換器(4)焊接固定在所述油箱(6)上所述；循環(huán)回路儲油箱(5)的進油口與所述下供電供液滑環(huán)19的出油口f間通過油管連接，所述循環(huán)回路儲油箱(5)通過焊接固定在所述油箱(6)上；在所述油箱(6)的底部分別安裝有所述制熱器2和所述制冷器(7)，所述溫度控制器(1)與制熱器(3)和制冷器(7)連接，所述試驗機主體置于轉臺上；

所述巖石試樣基座(33)的下端加工出外螺紋，底部中心處加工一盲孔b，在基座上部分沿徑向加工一通孔a,通孔a與盲孔b之間相互連通，在所述巖石試樣基座(33)的上表面加工出兩個與上表面夾角40°的斜盲孔c，且該斜盲孔c與通孔a聯通。

進一步地，所述試驗機主體包括上供電供液滑環(huán)(8)、滑環(huán)通液板(9)、通液管法蘭(10)、液壓伺服缸蓋(11)、液壓伺服缸(12)、隔熱層一(13)、上加強板(14)、試驗機底板(15)、轉臺底板(16)、轉臺(17)、大理石臺(18)、下供電供液滑環(huán)(19)、過渡環(huán)(20)、隔熱層二(21)、下加強板(22)、壓力室(23)和隔熱層三(24)。

進一步地，所述隔熱層一(13)為中空圓環(huán)狀，圓周上均勻分布6個孔，用于穿過螺栓，所述隔熱層一(13)設置在所述液壓伺服缸(12)和所述壓力室(23)之間。

進一步地，所述隔熱層二(21)為圓狀，外層均勻分布多個孔，中心處孔為通油通電孔；所述試驗機底板(15)的中心處加工有沉頭螺紋盲孔。

進一步地，所述壓力室內設置有隔熱層三(24)、位移傳感器(40)、熱電偶(31)、巖石試樣基座(33)、下墊塊(34)、巖石試樣(35)、上墊塊(36)和墊塊(37)。

進一步地，所述隔熱層三(24)為圓筒狀，所述隔熱層三(24)的外壁貼于所述壓力室(23)的內壁。

進一步地，所述熱電偶(31)貼于所述巖石試樣基座(33)的表面，所述下墊塊(34)、所述巖石試樣(35)和所述上墊塊(36)通過鋁管封裝成整體，并將封裝后的整體置于所述巖石試樣基座(33)上，在所述墊塊(37)的上表面安置隔熱層。

進一步地，通過所述下供電供液滑環(huán)(19)對所述壓力室(23)內部巖石試樣(35)實施圍壓加載，所述伺服缸活塞(29)向下動作對巖石試樣35實現軸向加載，所述位移傳感器(40)、所述液壓伺服缸控制器(27)、所述液壓伺服缸(12)和所述電液伺服閥(26)構成反饋回路，監(jiān)測巖石試樣的變形量并控制所述伺服缸活塞(29)軸向載荷的施加。

進一步地，所述可調溫的置于轉臺上的巖石力學試驗機的加熱反饋控制回路由所述制熱器(3)、所述制冷器(7)、所述熱電偶(31)和所述溫度控制器(1)構成。

由上述本發(fā)明的實施例提供的技術方案可以看出，本發(fā)明實施例的巖石力學試驗機實現了巖土試樣軸向和周向加載，同時也實現了與溫度場的耦合，還實現了360度無遮擋CT掃描。整個巖石力學試驗機裝置放在一個轉臺上，試驗機旋轉的力矩由試樣筒承擔，保證了巖土試樣只承受軸向力。將整個巖石力學試驗機的加載放置放在一個轉臺上，加載裝置與轉臺分離，軸向加載的載荷對于轉臺來說是試驗機加載裝置的內力，既保證了試驗機剛度，又實現了旋轉精度，提高了實驗結果的準確性，而外部的加熱裝置和溫度控制系統(tǒng)又可以使試驗機實現地下不同深度的溫度場，從而達到巖石力學試驗的多場耦合條件。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種可調溫的置于轉臺上的巖石力學試驗機的總體結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種可調溫的置于轉臺上的巖石力學試驗機的試驗主體結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種可調溫的置于轉臺上的巖石力學試驗機的壓力室內部結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種可調溫的置于轉臺上的巖石力學試驗機的調溫油路和油路循環(huán)回路示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種巖石試樣基座的剖視圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種巖石試樣基座的俯視圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的一種巖石力學試驗機的工作場景示意圖。

圖中：溫度控制器1，液壓泵2，制熱器3，熱交換器4，循環(huán)回路儲油箱5，油箱6，制冷器7，上旋轉供電供液滑環(huán)8，滑環(huán)通液板9，通液管法蘭10，液壓伺服缸蓋11，液壓伺服缸12，隔熱層一13，下加強板14，壓力室底板15，轉臺底板16，轉臺17，大理石臺18，下供電供液滑環(huán)19，過渡環(huán)20，隔熱層二21，下加強板22，壓力室23，隔熱層三24，針閥25，電液伺服閥26，液壓伺服缸控制器27，活塞尾桿28，液壓伺服缸活塞29，電接頭一30，熱電偶31，電接頭二32，巖石試樣基座33，下墊塊34，巖石試樣35，上墊塊36，墊塊37，工業(yè)CT38，射線源39，位移傳感器40，通孔a，盲孔b，斜盲孔c。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本技術領域技術人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復數形式。應該進一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關聯的列出項的任一單元和全部組合。

本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

為便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結合附圖以幾個具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個實施例并不構成對本發(fā)明實施例的限定。

本發(fā)明實施例將試驗機的壓力室與加載伺服液壓缸設計于一體，加載力的反力由壓力室自身承擔，并且置于一個轉臺之上。加載裝置與轉臺分離，軸向加載的載荷對于轉臺來說是試驗機加載裝置的內力，對轉臺沒有影響，轉臺只承受試驗機的重量載荷。這樣采用壓力室外壁作為試驗機反力架，解決了CT掃描遮擋問題而又避免了加載條件下旋轉引發(fā)的旋轉精度、試驗機剛度等問題。此外，將試驗機的調溫裝置設計成外置熱循環(huán)式，供熱穩(wěn)定性比較好，不會造成壓力室內局部高溫。試樣基座既承受軸向載荷，又起調節(jié)試樣溫度的功能，調溫裝置的結構緊湊而且不會對CT射線造成遮擋，很好地解決了試樣模擬地層溫度的問題。

下面結合附圖及實施例進一步詳細介紹本發(fā)明的具體結構及工作原理。

本發(fā)明實施例提供的一種可調溫的置于轉臺上的巖石力學試驗機的結構如圖1、2所示，包括溫度控制器1，液壓泵2，制熱器3，熱交換器4，循環(huán)回路儲油箱5，油箱6，制冷器7，試驗機主體。所述溫度控制器1與制熱器(3)和制冷器(7)連接，所述試驗機主體置于轉臺上。

液壓泵2的進油口與熱交換器4的出油口間通過油管連接，其出油口與下供電供液滑環(huán)19的進油口e間利用油管連接；熱交換器4的進油口與循環(huán)回路儲油箱5的出油口之間焊接固定，熱交換器4焊接固定在油箱6上；循環(huán)回路儲油箱5的進油口與下供電供液滑環(huán)19的出油口f間通過油管連接，循環(huán)回路儲油箱5通過焊接固定在油箱6上；在油箱6的底部分別安裝有制熱器2和制冷器7。

試驗機主體包括上供電供液滑環(huán)8，滑環(huán)通液板9，通液管法蘭10，液壓伺服缸蓋11，液壓伺服缸12，隔熱層一13，上加強板14，試驗機底板15，轉臺底板16，轉臺17，大理石臺18，下供電供液滑環(huán)19，過渡環(huán)20，隔熱層二21，下加強板22，壓力室23隔熱層三24。

隔熱層一13為中空圓環(huán)狀，圓周上均勻分布6個孔，用于穿過螺栓，并將其設置在液壓伺服缸12和壓力室23之間。隔熱層二21為圓狀，外層均勻分布多個孔，中心處4孔為通油通電孔。試驗機底板15中心處加工有沉頭螺紋盲孔。

壓力室內設置有隔熱層三24，位移傳感器40，熱電偶31，巖石試樣基座33，下墊塊34，巖石試樣35，上墊塊36，墊塊37。

隔熱層三24為圓筒狀，外壁貼于壓力室23內壁。巖石試樣基座33下端加工出外螺紋，底部中心處加工一盲孔b，在基座上部分沿徑向加工一通孔a,通孔a與盲孔b之間相互連通，在巖石試樣基座33的上表面加工出兩個與上表面夾角40°的斜盲孔c，且該孔與通孔a聯通。熱電偶31貼于巖石試樣基座33表面，下墊塊34、巖石試樣35和上墊塊36通過鋁管封裝成整體，并將封裝整體置于巖石試樣基座33上，在墊塊37上表面安置隔熱層。

本發(fā)明實施例的可調溫的置于轉臺上的巖石力學試驗機的具體工作原理如下：

通過下供電供液滑環(huán)19對壓力室23內部巖石試樣35實施圍壓加載，伺服缸活塞29向下動作對巖石試樣35實現軸向加載。同時，位移傳感器40、液壓伺服缸控制器27、液壓伺服缸12和電液伺服閥26構成反饋回路，監(jiān)測巖石試樣的變形量并控制伺服缸活塞29軸向載荷的施加。

試驗機的加熱反饋控制回路由制熱器3、制冷器7、熱電偶31和溫度控制器1構成。運行過程中圍壓液由液壓泵2通過下供電供液滑環(huán)19的進油口將圍壓液送入試驗機，圍壓液從下供電供液滑環(huán)19送出，依次流經過渡環(huán)20、轉臺底板16、試驗機底板15，然后通過巖石試樣基座33上加工的斜口從試樣的圓周切向噴向巖石試樣，由于圍壓液流貼著試樣表面噴流，流動路徑會向試樣表面偏移，因為試驗機在工作時是旋轉的，所以圍壓液流可使整個巖石表面受熱。而后圍壓液流通過試驗機底板16、轉臺底板17、過渡環(huán)20，再通過下供電供液滑環(huán)19流回循環(huán)回路儲油箱5，其圍壓液流流動方向如圖4所示。

加載過程中轉臺17轉動，實現360度水平旋轉，射線源39，工業(yè)CT38完成掃描。

綜上所述，本發(fā)明實施例的巖石力學試驗機實現了巖土試樣軸向和圍壓加載，同時也實現了與溫度場的耦合，還實現了360度無遮擋CT掃描。整個巖石力學試驗機裝置置于轉臺上，加載裝置與轉臺分離，軸向載荷對于轉臺來說是試驗機加載裝置的內力，既保證了試驗機剛度，又實現了旋轉精度，提高了實驗結果的準確性。外部的調溫裝置和溫度控制系統(tǒng)可以使試驗機實現不同地區(qū)和地下不同深度的溫度場，從而達到巖石力學試驗的多場耦合條件。

本發(fā)明實施例的具有外部調溫裝置的至于轉臺上的巖石力學試驗機將調溫裝置設計成外部循環(huán)式，保證了供油溫度穩(wěn)定性，避免了造成壓力室內部局部高溫，并且可以避免傳統(tǒng)調溫裝置對工業(yè)CT射線的遮擋問題，對研究不同地層深度下的巖土力學具有重大的意義。

本領域普通技術人員可以理解：附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。

本領域普通技術人員可以理解：實施例中的裝置中的部件可以按照實施例描述分布于實施例的裝置中，也可以進行相應變化位于不同于本實施例的一個或多個裝置中。上述實施例的部件可以合并為一個部件，也可以進一步拆分成多個子部件。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。