專利名稱：全方位掃描巖土ct三軸儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于巖土力學研究用三軸試驗的實驗設(shè)備，具體來說是一種可全方位對巖土進行CT掃描的三軸儀。
背景技術(shù)：
常規(guī)三軸儀是巖土力學研究最常規(guī)最重要的實驗設(shè)備之一。三軸試驗是測定土的抗剪強度、應力應變關(guān)系的一種試驗。試驗中，一般采用3-4個圓柱形試樣，分別在不同的恒定周圍壓力(即小主應力σ3)下，施加軸向應力σ1，此時產(chǎn)生的主應力差為(σ3-σ1)，在不同主應力差(σ3-σ1)下測定試樣軸向應變ε1及體應變εV，直至將試樣剪切至破壞，求得土樣抗剪強度、應力應變關(guān)系和有限元計算分析模型參數(shù)。
現(xiàn)有巖土力學試驗幾乎一直是沿用連續(xù)介質(zhì)力學的方法來測定土樣的宏觀應力、應變。然而，巖土工程的種種問題從不同側(cè)面反映出土體材料的離散特征，即土顆粒間相互位置排列和粒間作用力對于粗粒土的力學性質(zhì)有重要的影響。人們愈來愈感到在深入研究土的宏觀本構(gòu)模型的同時，探索土的微觀或細觀變形機制十分必要。
粗粒土組構(gòu)(fabric)研究就是這一領(lǐng)域的重要組成部分。
組構(gòu)研究大體分為三個階段，即組構(gòu)量的量化階段、力學效應分析階段和組構(gòu)力學模型建立階段，組構(gòu)量的量化是力學效應分析和建立組構(gòu)力學模型的基礎(chǔ)。目前，組構(gòu)量量化尚未能找到合適的方法，因而，組構(gòu)力學效應分析和建立組構(gòu)力學模型工作均難于深入。要改變目前組構(gòu)研究的停滯狀態(tài)，必須首先找到一種高效、便捷、精確的組構(gòu)測試方法。只有獲得了粗粒土的組構(gòu)信息，其它工作才成為可能。
目前用于組構(gòu)測試的方法有X-射線、掃描電鏡、透射電鏡等，但對于粗粒土，要監(jiān)測受力變形過程中試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，目前唯有采用計算機斷層X-射線技術(shù)(Computerized tomography，簡稱CT)才有可能。
中國科學院蘭州冰川凍土研究所曾采用CT測試技術(shù)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，他們所使用的設(shè)備只能作橫向斷面掃描。這是由于從底座方向提供軸向壓力的裝置(即液壓千斤頂)是金屬的，而進行CT掃描的先決條件是X-射線所經(jīng)斷層一定是非金屬的，所以這種設(shè)備只能作橫向斷面掃描。在粗粒土三軸試驗過程中，對稱試樣中的土顆粒變位的主要方向是軸向，橫向斷面掃描難以反映試樣的組構(gòu)變化。
要實現(xiàn)縱(軸)向斷面掃描的最大難點是，不僅要求三軸壓力室側(cè)壁是非金屬的，而且要求提供軸向壓力的裝置(即液壓千斤頂)也是非金屬的。要實現(xiàn)全非金屬的高液壓千斤頂技術(shù)難度大?，F(xiàn)有技術(shù)中三軸儀的壓力室的壓力裝置是全金屬制作的，提供軸向壓力的裝置-液壓千斤頂或機械千斤頂是與壓力室分開的，單設(shè)在壓力室外，一般均與壓力室的底部相套接。
實用新型的內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供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。
本實用新型的技術(shù)方案是一種全方位掃描巖土CT三軸儀，含有軸向加壓與穩(wěn)壓系統(tǒng)、壓力室、周圍壓力控制及穩(wěn)壓系統(tǒng)、孔隙壓力測量系統(tǒng)、試樣變形量測系統(tǒng)及附屬設(shè)備，其特別之處在于所述的軸向加壓與穩(wěn)壓系統(tǒng)中的液壓千斤頂設(shè)置在壓力室的頂部，并與壓力室結(jié)合為一個整體；液壓千斤頂中央的加壓腔中設(shè)置有T型活塞，其水平部分外側(cè)與加壓腔內(nèi)側(cè)緊密相接，其垂直部分穿過千斤頂下部伸向壓力腔；所述的試樣變形量測系統(tǒng)是CT機的圖像、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。液壓千斤頂?shù)捻斆嬖O(shè)置有與加壓腔相連通的分級加載的分級加壓孔和加壓排氣孔；在液壓千斤頂?shù)膫?cè)面設(shè)置有與加壓腔底部相連通的退回進氣孔。壓力室室體和底座是固定連接為一體的整體式結(jié)構(gòu)或是活動連接的分體式結(jié)構(gòu)?；钊讲糠滞鈧?cè)與加壓腔內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)置有密封件；活塞垂直伸向壓力腔的部分與千斤頂下部之間設(shè)置有密封件。千斤頂與壓力室室體之間設(shè)置有密封件。所述的底座上設(shè)置有與壓力腔相連通的周圍壓力加壓孔，還設(shè)置有與試樣底面相連通的試樣排水孔。
本實用新型設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，將液壓千斤頂設(shè)置在壓力室的頂部，采用水質(zhì)作用壓力源，通過多級密封結(jié)構(gòu)，除了能對試樣分級加壓進行普通的三軸壓力試驗外，還可與CT儀配合對試樣進行全方位的掃描，是我國第一臺真正意義上的CT三軸儀，實現(xiàn)了對試樣的縱(軸)向、橫向斷面的CT掃描，為粗粒土組構(gòu)研究奠定了基礎(chǔ)。


附圖1是本實用新型帶液壓千斤頂?shù)膲毫κ医Y(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中標記分述如下1—加壓排氣口；2—千斤頂；3—退回進氣孔；4—活塞；5—室體；6—壓力腔；7—周圍壓力加壓孔；8—分級加壓孔；9—加壓腔；10—密封件；11—密封件；12—密封件；13—拉桿；14—試樣加壓帽；15—試樣；16—底座；17—試樣排水孔。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的描述。附圖所示為三軸儀中的主要部件壓力室，壓力室是三軸儀中安裝試樣并使周圍壓力和軸向壓力作用于試樣的重要部分。在本實用新型的方案中，壓力室室體5是一個圓筒體，其下是底座16，其上是千斤頂2，此三部分都是全非金屬材料制作的。千斤頂2和活塞4、加壓排氣孔1、分級加壓孔8、退回進氣孔3等是結(jié)合為一體的整體式結(jié)構(gòu)。千斤頂2與室體5是分離式結(jié)構(gòu)的，在本實施例中，室體5和底座16也是分離式結(jié)構(gòu)的，它們?nèi)糠种g由拉桿13連接。室體5和底座16還可以是固定連接在一起的整體式結(jié)構(gòu)的，此時室體5上端與千斤頂2采用現(xiàn)有技術(shù)中的其它方式連接為一體，(此結(jié)構(gòu)在圖示中未顯示)。使用本實用新型時，壓力室的分級加壓孔8與軸向加壓系統(tǒng)相連，加壓時分級加載產(chǎn)生軸向壓力σ1；加壓孔7與周圍壓力系統(tǒng)相連，加壓時產(chǎn)生試樣的周圍壓力σ3；試樣排水孔17與孔隙壓力測量系統(tǒng)相連；用乳膠薄膜包扎的圓柱體試樣15置于壓力腔6中間的底座16之上，底座中有排水管與試樣排水孔17相通；試樣15的上端與試樣加壓帽14相連，試樣加壓帽14與千斤頂2向下伸出的活塞4相接；CT切片軸向方向為A-A所示方向，橫向為與A-A相垂直的方向。本實用新型整個分級加壓試驗過程的操作與現(xiàn)有技術(shù)相類同，本實用新型具有普通三軸儀的全部功能，并能對試樣進行CT掃描，對試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化進行動態(tài)、定量和無損的量測，從而得到試樣內(nèi)部損傷結(jié)構(gòu)演化的清晰的CT圖像和相應的CT數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.一種全方位掃描巖土CT三軸儀，含有軸向加壓與穩(wěn)壓系統(tǒng)、壓力室、周圍壓力控制及穩(wěn)定系統(tǒng)、孔隙壓力測量系統(tǒng)、試樣變形量測系統(tǒng)，其特征在于所述的軸向加壓與穩(wěn)壓系統(tǒng)中的液壓千斤頂(2)設(shè)置在壓力室的頂部，并與壓力室結(jié)合為一個整體；液壓千斤頂(2)中央的加壓腔(9)中設(shè)置有T型活塞(4)，其水平部分外側(cè)與加壓腔(9)內(nèi)側(cè)緊密相接，其垂直部分穿過千斤頂(2)下部伸向壓力腔(6)；所述的試樣變形量測系統(tǒng)是CT機的圖像、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸儀，其特征在于液壓千斤頂(2)的頂面設(shè)置有與加壓腔(9)相連通的分級加壓孔(8)和加壓排氣孔(1)；在液壓千斤頂(2)的側(cè)面設(shè)置有與加壓腔(9)底部相連通的退回進氣孔(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸儀，其特征在于室體(5)和底座(16)是固定連接為一體的整體式結(jié)構(gòu)，或是活動連接的分體式結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸儀，其特征在于活塞(4)水平部分外側(cè)與加壓腔(9)內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)置有密封件(10)；活塞(4)垂直伸向壓力腔(6)的部分與千斤頂(2)下部之間設(shè)置有密封件(12)；千斤頂(2)與壓力室室體(5)之間設(shè)置有密封件(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸儀，其特征在于所述的底座(16)上設(shè)置有與壓力腔(6)相連通的周圍壓力加壓孔(7)，還設(shè)置有與試樣(15)底面相連通的試樣排水孔(17)。
專利摘要本實用新型公開了一種全方位掃描巖土CT三軸儀，屬于巖土力學研究用三軸試驗的實驗設(shè)備。液壓千斤頂設(shè)置在壓力室室體的上部，底座設(shè)置在室體的下部；液壓千斤頂中央的加壓腔中設(shè)置有T型活塞，其水平部分外側(cè)與加壓腔內(nèi)側(cè)緊密相接，其垂直部分穿過千斤頂下部伸向壓力腔。所述的試樣變形量測系統(tǒng)是CT機的圖像、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。液壓千斤頂?shù)捻斆嬖O(shè)置有與加壓腔相連通的分級加載的分級加壓孔和加壓排氣孔；在液壓千斤頂?shù)膫?cè)面設(shè)置有與加壓腔下部相連通的退回進氣孔。本實用新型設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，將液壓千斤頂設(shè)置在壓力室的頂部，通過多級密封結(jié)構(gòu)，能對試樣分級加壓進行普通的三軸壓力試驗外，還可與CT儀配合對試樣進行全方位的CT掃描。
文檔編號G01N23/02GK2924518SQ20062009621
公開日2007年7月18日 申請日期2006年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月18日
發(fā)明者程展林, 丁紅順, 張繼勛 申請人:長江水利委員會長江科學院