本實(shí)用新型屬于巖石力學(xué)與巖石試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種采用CT對(duì)巖石實(shí)時(shí)細(xì)觀掃描的熱力耦合加載試驗(yàn)機(jī)。

背景技術(shù)：

在做巖石加載試驗(yàn)時(shí)，隨著對(duì)巖石施加壓力的逐漸增大，巖石內(nèi)部將逐漸地發(fā)生破裂，使得巖石試件的強(qiáng)度逐漸下降，直至最后巖石破壞。巖石的力學(xué)特征研究，就是根據(jù)巖石試驗(yàn)機(jī)測(cè)得的巖石試件壓力與位移量的關(guān)系來(lái)推斷巖石的破壞過(guò)程，而在巖石破壞的發(fā)展過(guò)程中，裂縫的產(chǎn)生、擴(kuò)展和貫通起著關(guān)鍵性作用。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的巖石力學(xué)研究者為了深入研究巖石的破壞過(guò)程，通常采用照相手段來(lái)觀測(cè)巖石在加載過(guò)程中裂隙的擴(kuò)展?fàn)顩r。隨著CT技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)噲D將CT掃描技術(shù)應(yīng)用于巖石破壞過(guò)程的研究，即在對(duì)巖石加載的同時(shí)進(jìn)行CT掃描，以觀測(cè)巖石內(nèi)部裂隙的衍生-擴(kuò)展過(guò)程。但由于常規(guī)巖石試驗(yàn)機(jī)設(shè)備龐大，大多數(shù)是針對(duì)Ф50mm×100mm尺寸的標(biāo)準(zhǔn)試件所設(shè)計(jì)，這些試驗(yàn)機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)，再通過(guò)同步齒形皮帶傳動(dòng)兩根絲杠帶動(dòng)移動(dòng)橫梁升降，因此無(wú)法利用CT設(shè)備實(shí)時(shí)觀測(cè)巖石試件破裂的過(guò)程，只能將加載后的試件從試驗(yàn)機(jī)中取下掃描，然后再將試件裝入試驗(yàn)機(jī)加載之后再掃描，如此反復(fù)進(jìn)行。這樣操作所帶來(lái)的直接影響就是不能反映巖石連續(xù)加載變形過(guò)程，且操作繁瑣麻煩。另外，在反復(fù)加載、卸載、移動(dòng)過(guò)程中，容易導(dǎo)致試件受到不必要的損傷。因此，需要一種新的結(jié)構(gòu)來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種采用CT對(duì)巖石實(shí)時(shí)細(xì)觀掃描的熱力耦合加載試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石試件連續(xù)加載的同時(shí)進(jìn)行CT掃描。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種采用CT對(duì)巖石實(shí)時(shí)細(xì)觀掃描的熱力耦合加載試驗(yàn)機(jī)，包括上壓蓋、下壓蓋、套筒與旋轉(zhuǎn)底座，所述上壓蓋與下壓蓋分別連接于套筒的上下兩端，使套筒內(nèi)形成封閉空間，所述套筒內(nèi)設(shè)置有上壓頭與下壓頭，所述上壓頭置于上壓蓋的下表面，下壓頭置于下壓蓋的上表面，上壓頭的下表面與下壓頭的上表面相互平行且均垂直于套筒的軸線，所述上壓頭與下壓頭之間用于安放巖石試件，所述上壓頭沿套筒軸線方向開設(shè)有第一通孔，所述第一通孔內(nèi)設(shè)置有熱源發(fā)生裝置，所述下壓蓋沿套筒軸線方向開設(shè)有第二通孔和至少一個(gè)第三通孔，所述第二通孔位于下壓頭的下面，第三通孔位于下壓頭與套筒內(nèi)壁之間，下壓蓋固定于旋轉(zhuǎn)底座上，所述旋轉(zhuǎn)底座內(nèi)設(shè)置有液壓控制系統(tǒng)，所述液壓控制系統(tǒng)連接有軸壓管路與圍壓管路，所述軸壓管路與圍壓管路用于向套筒內(nèi)注入液壓油，其中軸壓管路與第二通孔相連，圍壓管路與第三通孔相連。

所述下壓蓋的上表面設(shè)置有凹槽，所述凹槽形狀與下壓頭形狀一致，下壓頭置于所述凹槽內(nèi)。

所述第二通孔位于所述凹槽的中心處。

所述上壓蓋沿套筒軸線方向開有第四通孔，所述上壓頭上表面設(shè)置有凸起，所述凸起與第四通孔形狀一致，且凸起置于第四通孔內(nèi)。

所述熱源發(fā)生裝置采用熱輻射發(fā)生裝置。

所述上壓蓋和下壓蓋與套筒之間均采用螺紋連接。

所述熱源發(fā)生裝置與液壓控制系統(tǒng)均無(wú)線連接于無(wú)線數(shù)據(jù)控制臺(tái)。

所述套筒采用的材質(zhì)密度小于套筒內(nèi)巖石試件的密度。

所述套筒為圓環(huán)形套筒。

所述旋轉(zhuǎn)底座內(nèi)部置有液壓泵與供電裝置。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型供了一種采用CT對(duì)巖石實(shí)時(shí)細(xì)觀掃描的熱力耦合加載試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)小巧緊湊，可對(duì)小于標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸的微小巖石試件進(jìn)行加載試驗(yàn)，并能夠與CT掃描設(shè)備在線配合使用，實(shí)現(xiàn)在對(duì)巖石試件連續(xù)加載的同時(shí)進(jìn)行CT掃描，可清楚的看到巖石試件內(nèi)的細(xì)微裂隙及裂隙的擴(kuò)展?fàn)顩r，避免了重復(fù)加載時(shí)對(duì)巖石試件的損傷和繁瑣過(guò)程。并且由于在上壓頭內(nèi)設(shè)置有熱源發(fā)生裝置，因此在試驗(yàn)中可選擇的進(jìn)行試件的熱力耦合加載，并測(cè)量巖石試件在熱力耦合作用下的變形以及破壞情況。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型采用CT對(duì)巖石實(shí)時(shí)細(xì)觀掃描的熱力耦合加載試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-上壓蓋，2-下壓蓋，3-套筒，4-旋轉(zhuǎn)底座，5-上壓頭，6-下壓頭，7-第一通孔，8-熱源發(fā)生裝置，9-第二通孔，10-第三通孔，11-液壓控制系統(tǒng)，12-軸壓管路，13-圍壓管路，14-凹槽，15-第四通孔，16-凸起，17-液壓泵，18-供電裝置，19-CT掃描儀，20-巖石試件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，一種采用CT對(duì)巖石實(shí)時(shí)細(xì)觀掃描的熱力耦合加載試驗(yàn)機(jī)，屬于巖石力學(xué)與巖石試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域設(shè)備，用于在研究巖石的破壞試驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)時(shí)觀測(cè)巖石在加載過(guò)程中裂隙的擴(kuò)展?fàn)顩r。

本實(shí)用新型采用CT對(duì)巖石實(shí)時(shí)細(xì)觀掃描的熱力耦合加載試驗(yàn)機(jī)包括上壓蓋1、下壓蓋2、套筒3與旋轉(zhuǎn)底座4，上壓蓋1與下壓蓋2分別連接于套筒3的上下兩端，使套筒3內(nèi)形成封閉空間，套筒3采用的材質(zhì)密度小于套筒3內(nèi)巖石試件20的密度，以便于在使用CT掃描儀19掃描時(shí)，巖石試件20的成像，同時(shí)又要確保套筒3的強(qiáng)度。在本實(shí)施例中，巖石試件20尺寸為Ф5mm×10mm的微小試件，材質(zhì)選用的是煤巖體，套筒3為圓環(huán)形套筒，材質(zhì)選用的是鋁合金。上壓蓋1和下壓蓋2與套筒3之間均采用螺紋連接，便于安裝與更換巖石試件20。在本實(shí)施例中，套筒3兩端為外螺紋，上壓蓋1與下壓蓋2設(shè)置有內(nèi)螺紋。套筒3內(nèi)設(shè)置有上壓頭5與下壓頭6，上壓頭5置于上壓蓋1的下表面，下壓頭6置于下壓蓋2的上表面，上壓頭5的下表面與下壓頭6的上表面相互平行且均垂直于套筒3的軸線，上壓頭5與下壓頭6之間用于安放巖石試件20，上壓頭5與下壓頭6可對(duì)巖石試件20均勻加壓，避免直接對(duì)巖石試件20加載時(shí)受力不均。在本實(shí)施例中，上壓蓋1沿套筒3軸線方向開有第四通孔15，上壓頭5上表面設(shè)置有凸起16，凸起16與第四通孔15形狀一致，且凸起16置于第四通孔15內(nèi)，用于對(duì)上壓頭5進(jìn)行定位，防止在對(duì)巖石試件20加載時(shí)發(fā)生偏移。上壓頭5沿套筒3軸線方向開設(shè)有第一通孔7，第一通孔7內(nèi)設(shè)置有熱源發(fā)生裝置8，熱源發(fā)生裝置8采用熱輻射發(fā)生裝置，以提高對(duì)巖石試件20的升溫加熱速度，熱源發(fā)生裝置8可選用無(wú)線連接于無(wú)線數(shù)據(jù)控制臺(tái)，以控制和接收熱源發(fā)生裝置8的工作情況。在本實(shí)施例中，熱輻射發(fā)生裝置選用紅外加熱，且第一通孔7置于上壓頭5中心處，以使加熱均勻。

下壓蓋2沿套筒3軸線方向開設(shè)有第二通孔9和至少一個(gè)第三通孔10，第二通孔9位于下壓頭6的下面，用于通入液壓油以對(duì)巖石試件20施加軸壓，第三通孔10位于下壓頭6與套筒3內(nèi)壁之間，用于向套筒3內(nèi)通入液壓油以對(duì)巖石試件20施加圍壓。在本實(shí)施例中，第三通孔10的數(shù)量為兩個(gè)，且在套筒3內(nèi)對(duì)稱分布，在加快向套筒3內(nèi)注入液壓油的速度、縮短時(shí)間的同時(shí)，也使得對(duì)巖石試件20施加的圍壓更加均勻。下壓蓋2的上表面設(shè)置有凹槽14，凹槽14形狀與下壓頭6形狀一致，下壓頭6置于凹槽14內(nèi)，用于對(duì)下壓頭6進(jìn)行定位，防止在對(duì)巖石試件20加載時(shí)發(fā)生偏移。在本實(shí)施例中，第二通孔9位于凹槽14的中心處，以使巖石試件20受力均衡。下壓蓋2固定于旋轉(zhuǎn)底座4上，旋轉(zhuǎn)底座4置于CT掃描設(shè)備的回轉(zhuǎn)臺(tái)上，并可隨著回轉(zhuǎn)臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)底座4內(nèi)設(shè)置有液壓控制系統(tǒng)11，液壓控制系統(tǒng)11可選用無(wú)線連接于無(wú)線數(shù)據(jù)控制臺(tái)，以控制和接收液壓控制系統(tǒng)11的工作情況。液壓控制系統(tǒng)11連接有軸壓管路12與圍壓管路13，軸壓管路12與圍壓管路13用于向套筒3內(nèi)注入液壓油，其中軸壓管路12與第二通孔9相連，圍壓管路13與第三通孔10相連。旋轉(zhuǎn)底座4內(nèi)部置有液壓泵17與供電裝置18，液壓泵17用于提供動(dòng)力來(lái)源，供電裝置18用于對(duì)液壓泵17與熱源發(fā)生裝置8供電。

下面結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的一次使用過(guò)程。

如圖1所示，在使用本裝置進(jìn)行試驗(yàn)前，需首先將本實(shí)用新型試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)底座4固定于CT掃描設(shè)備的回轉(zhuǎn)臺(tái)上，打開上壓蓋1并取出上壓頭5，在下壓頭6上放置巖石試件20，確保巖石試件20的上、下表面平整，并與上壓頭5和下壓頭6的中心位于同一縱向直線上；之后，回裝上壓頭5與上壓蓋1，將上壓蓋1與套筒3旋緊，使套筒3內(nèi)形成封閉空間，并使套筒3與巖石試件20位于CT掃描儀19前。

進(jìn)行加載試驗(yàn)時(shí)，首先啟動(dòng)供電裝置18，并通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)控制臺(tái)控制熱源發(fā)生裝置8的加熱溫度，并同時(shí)設(shè)定施加于巖石試件20的軸壓與圍壓的壓力值大小。此時(shí)，液壓控制系統(tǒng)11根據(jù)接收到的指令向套筒3內(nèi)注入液壓油，通過(guò)軸壓管路12與第二通孔6的液壓油作用于下壓頭6的下表面，以對(duì)巖石試件20施加軸向壓力；通過(guò)圍壓管路13與第三通孔10的液壓油注滿套筒3內(nèi)部，以對(duì)巖石試件20周邊施加圍壓，在達(dá)到設(shè)定值以后，保持壓力不變。之后，啟動(dòng)CT掃描設(shè)備，巖石試件20隨掃描設(shè)備旋轉(zhuǎn)臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)，從而完成CT掃描儀19對(duì)巖石試件20的掃描，并獲得巖石試件20內(nèi)部的裂隙圖像。然后，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)控制臺(tái)改變軸壓與圍壓的壓力值設(shè)定，使液壓控制系統(tǒng)11向套筒3內(nèi)繼續(xù)注入液壓油，以增大軸壓與圍壓的壓力大小，在達(dá)到設(shè)定值以后，保持套筒3內(nèi)壓力不變，并啟動(dòng)CT掃描儀19進(jìn)行再次掃描。如此重復(fù)，直至巖石試件20被破壞，試驗(yàn)結(jié)束，從而得到巖石試件20在熱力耦合作用下，內(nèi)部裂隙的完整破壞過(guò)程圖像。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)。