本實(shí)用新型涉及一種用于巖石的實(shí)驗(yàn)裝置，具體的說是一種單軸實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

巖石作為一種特殊的工程介質(zhì)，在復(fù)雜的巖石工程中經(jīng)歷復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境，當(dāng)荷載達(dá)到一定的程度時(shí)，巖石內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)一些微小的裂隙。往往這些微小的裂隙很大程度上影響著工程的可靠性。

為了能夠確定這些巖石在實(shí)際工程中的承載能力，需要對(duì)于巖石進(jìn)行壓力實(shí)驗(yàn)，單軸實(shí)驗(yàn)就是其中一種，它將巖石試樣置于一個(gè)密閉的圍壓缸筒內(nèi)，通過控制加載的荷載量向巖石試施加軸向壓力。這種室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪r石試樣在單軸應(yīng)力作用下的本構(gòu)模型，但對(duì)于裂隙的定位是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的盲區(qū)。因?yàn)樵嚇油ǔ閳A柱狀，單軸實(shí)驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)生的裂隙往往不規(guī)則的分布在圓柱立面圓周上而非一個(gè)平面，如何快速有效的對(duì)裂隙定位是技術(shù)人員需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、可靠性好，在單軸實(shí)驗(yàn)中加入超聲掃描功能，快速有效的對(duì)試樣裂隙定位的具有超聲掃描功能的單軸實(shí)驗(yàn)裝置。

技術(shù)方案包括上段軸壓缸筒和下段的圍壓缸筒，所述軸壓缸筒頂部設(shè)有頂蓋，所述圍壓缸筒底部設(shè)有底蓋，所述軸壓缸筒內(nèi)設(shè)有軸向活塞，所述軸向活塞的活塞桿端部穿過軸壓缸筒內(nèi)伸至圍壓缸筒內(nèi)，所述底蓋的頂面由中心部和周部組成，所述中心部設(shè)有與所述活塞桿端部對(duì)應(yīng)的試樣臺(tái)，所述周部設(shè)有圍繞所述試樣臺(tái)的環(huán)形軌道，所述環(huán)形軌道上設(shè)有可在軌道上移動(dòng)的超聲掃描裝置。

所述超聲掃描裝置包括底座，所述底座的頂面設(shè)有多個(gè)超聲探頭，所述底座的底面設(shè)有軌道輪，所述軌道輪位于所述環(huán)形軌道上并由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)；所述超聲探頭包括發(fā)射探頭和接收探頭。

所述底座的頂面的多個(gè)超聲探頭呈矩陣排列。

所述活塞桿端部連接壓頭。

所述壓頭和試樣臺(tái)之間設(shè)有用于包裹試樣的橡膠套，所述橡膠套的上、下兩端經(jīng)卡箍分別固定在壓頭和試樣臺(tái)上。

為解決背景技術(shù)中的問題，發(fā)明人考慮采用在其它領(lǐng)域被廣泛使用的超聲實(shí)時(shí)掃描技術(shù)，通過超聲波探頭向被測物體發(fā)射超聲波檢測信號(hào)，由被測物體反射的超聲波信號(hào)被超聲波探頭接收，從而可以根據(jù)反射信號(hào)來判斷被測物體內(nèi)部是否有缺陷，通過與之配套的設(shè)備和軟件可實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)成像、三維顯示等功能?；谏鲜鲈?，發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有的單軸實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，在原有的組成單軸實(shí)驗(yàn)裝置的軸壓缸筒和圍壓缸筒的基礎(chǔ)上，對(duì)圍壓缸筒的底蓋進(jìn)行改進(jìn)，在周部設(shè)置圍繞試樣臺(tái)的環(huán)形軌道，并在環(huán)形軌道上設(shè)有可在軌道上滑動(dòng)的超聲掃描裝置。這樣，當(dāng)控制超聲掃描裝置工作狀態(tài)下在環(huán)形軌道上環(huán)繞一圈，即可對(duì)底蓋中心部試驗(yàn)臺(tái)上的試樣的立面圓周進(jìn)行一圈無死角掃描，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的快速定位。

進(jìn)一步的，所述超聲掃描裝置包括底座，所述底座的頂面設(shè)有多個(gè)超聲探頭，所述底座的底面設(shè)有軌道輪，所述軌道輪位于所述環(huán)形軌道上并由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)；這樣通過控制驅(qū)動(dòng)裝置使軌道輪帶動(dòng)底座沿環(huán)形軌道移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超聲掃描裝置以試樣為中心的環(huán)繞動(dòng)作。

優(yōu)選的，包括發(fā)射探頭和接收探頭的超聲探頭均設(shè)置在底座的頂面，呈矩陣排列，使設(shè)備更為緊湊、易于安裝和檢修。發(fā)射探頭向被測試樣發(fā)射超聲波檢測信號(hào)，由被測物體反射的超聲波信號(hào)被接收探頭接收，通過對(duì)采集的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析，從而根據(jù)反射信號(hào)來判斷被測物體內(nèi)部是否有缺陷。

在所述壓頭和試樣臺(tái)之間設(shè)包裹試樣的橡膠套，具有固定試樣的作用，避免產(chǎn)生裂隙過程試件發(fā)生滑落問題的發(fā)生。進(jìn)一步的，根據(jù)需要，還在在試樣的頂面和底面加墊透水板以達(dá)到固定試樣不讓壓頭直接接觸試塊的目的。

所述軸向活塞可以為氣壓、油壓或液壓為動(dòng)力的軸向活塞，或者其它可提供軸向加載力的軸向活塞。

有益效果：

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、操作簡單，僅需對(duì)現(xiàn)有單軸實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行簡單改造，加入超聲掃描功能，快速有效的對(duì)試樣裂隙定位。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型A-A剖視圖。

圖3為超聲掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為超聲探頭在底座頂面的布置示意圖。

其中，1-軸壓缸筒、2-頂蓋、3-圍壓缸筒、4-底蓋、5-軸向活塞、6-試樣臺(tái)、7-環(huán)形軌道、8-超聲掃描裝置、8.1-底座、8.2-發(fā)射探頭、8.3-接收探頭、8.4-軌道輪、9-壓頭、10-橡膠套、11-透水板、12-試樣。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步解釋說明：

參見圖1，本實(shí)用新型由上段軸壓缸筒1和下段的圍壓缸筒3組成，所述軸壓缸筒1頂部設(shè)有頂蓋2，所述圍壓缸筒3底部設(shè)有底蓋4，內(nèi)部形成一個(gè)相對(duì)封密的空間，所述軸壓缸筒1內(nèi)設(shè)有軸向活塞5，所述軸向活塞5的活塞桿端部穿過軸壓缸筒1伸至圍壓缸筒3內(nèi)與壓頭9連接，所述底蓋4的頂面由中心部和周部組成，所述中心部設(shè)有與所述活塞桿端部對(duì)應(yīng)的試樣臺(tái)6，所述周部設(shè)有圍繞所述試樣臺(tái)6的環(huán)形軌道7，所述環(huán)形軌道7上設(shè)有可在軌道上移動(dòng)的超聲掃描裝置8。

所述超聲掃描裝置8包括底座8.1，參見圖3，所述底座8.1的頂面設(shè)有多個(gè)呈矩陣排列超聲探頭，所述超聲探頭包括發(fā)射探頭8.2和接收探頭8.1，本實(shí)施例中，采用有4*8二維陣列，前兩列為發(fā)射探頭8.2，后兩列為接收探頭8.1。所述底座8.1的底面設(shè)有軌道輪8.4，所述軌道輪8.4位于所述環(huán)形軌道7上并由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)(驅(qū)動(dòng)裝置在圖中未示出)，所述驅(qū)動(dòng)裝置可以列舉出采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)軌道輪8.4，可以采用有線或無線的方式對(duì)所述步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，此為現(xiàn)有技術(shù)，在此不作詳述；另外，超聲探頭可通過有線或無線的方式外接信號(hào)處理設(shè)備(如PLC)，利用相關(guān)處理軟件對(duì)采集的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行合成孔徑處理并儲(chǔ)存，然后進(jìn)行下一個(gè)位置的掃描成像，具體方法為現(xiàn)有技術(shù)，在此不作詳述。

所述壓頭9和試樣臺(tái)6之間設(shè)有用于包裹試樣的橡膠套10，所述橡膠套10的上、下兩端經(jīng)卡箍分別固定在壓頭9和試樣臺(tái)6上。

工作原理：

進(jìn)行軸壓實(shí)驗(yàn)前，將試樣12用橡膠10包裹后上、下墊裝透水板11置于試樣臺(tái)6上并固定，然后將帶有頂蓋2的軸壓缸筒1和帶有底蓋4的圍壓缸筒3經(jīng)螺栓連接密封，使軸壓缸筒1內(nèi)軸向活塞5的活塞桿端部的壓頭9正好抵住試樣12頂面的透水板11。

在對(duì)巖石進(jìn)行單軸實(shí)驗(yàn)時(shí)，先正常進(jìn)行單軸試驗(yàn)加載過程，即通過軸向活塞5軸向加壓至試樣達(dá)到破壞，加載壓力可控，可采用氣壓或油壓等(本實(shí)施例為氣壓)。

進(jìn)行操聲掃描檢測時(shí)：控制啟動(dòng)超聲掃描裝置8，使其一邊沿環(huán)形軌道7繞試樣臺(tái)6移動(dòng)，一邊通過超聲探頭對(duì)試樣12的圓周立面進(jìn)行掃描，掃描信號(hào)可以有線或無線的形式發(fā)送外接的處理器(如PLC)，掃描完成后由處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合成孔徑處理并儲(chǔ)存，然后進(jìn)行下一個(gè)位置的掃描成像。具體地，還可根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理得到顯示的各種圖像，還可將數(shù)據(jù)三維融合，進(jìn)行三維顯示，包括裂紋的走向、含水含氣孔洞的形狀、各種介質(zhì)的交界面可以在與處理器連接的顯示器中以圖像形式顯示或者通過連接的打印機(jī)打印出來。