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一種微型單軸巖石試驗機的制作方法

文檔序號:6017276閱讀:560來源:國知局
專利名稱:一種微型單軸巖石試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于巖石力學(xué)與巖石實驗領(lǐng)域,涉及一種顯微CT實時觀測的微型單軸巖石試驗機。
背景技術(shù)
目前的巖石材料試驗機大多數(shù)是大型的單軸或三軸試驗機,試驗使用的標(biāo)準(zhǔn)試件的尺寸為Φ 50mmX IOOmm0這些試驗機由電動機驅(qū)動蝸輪蝸桿減速機,再通過同步齒形皮帶傳動兩根絲杠帶動移動橫梁升降。這類試驗機可以完成常規(guī)的巖石單軸壓縮試驗或三軸壓縮試驗,進而測定巖石的單軸抗壓強度或三軸抗壓強度等力學(xué)參數(shù)。巖石在加壓過程中,隨著垂直壓力或水平壓力的逐漸增大,巖石內(nèi)部將逐漸地發(fā)生破裂,使得巖石試件的強度逐漸下降,最后直至巖石破壞。進行巖石的力學(xué)特征研究,就是根據(jù)常規(guī)巖石試驗機測得的試件壓力與位移量的關(guān)系,推斷巖石的破壞過程。在巖石破壞的發(fā)展過程中,裂縫的產(chǎn)生、擴展和貫通起著關(guān)鍵性作用。近年來,國內(nèi)外的巖石力學(xué)研究者為了深入研究巖石的破壞過程,通常采用照相手段來觀測巖石在加載過程中裂隙的擴展?fàn)顩r。隨著CT技術(shù)的發(fā)展,人們試圖將CT掃描技術(shù)應(yīng)用于巖石破壞過程的研究。即在巖石加載的同時進行CT掃描,觀測巖石內(nèi)部裂隙的衍生-擴展過程。但由于常規(guī)巖石試驗機設(shè)備龐大,無法利用CT設(shè)備實時觀測巖石試件破裂的過程。通常只能將加載后的試件從試驗機中取下掃描,然后再將試件裝入試驗機加載、掃描,反復(fù)進行。不僅不能反映巖石連續(xù)加載變形過程,而且操作麻煩。另外,在反復(fù)加載、卸載、移動過程中,容易導(dǎo)致試件受到不必要的損傷。其次,現(xiàn)有的試驗機使用的標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸大,CT掃描時放大系數(shù)小,看不到微裂隙?,F(xiàn)有技術(shù)尚無一種能夠進行微小試件加載的巖石試驗機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對現(xiàn)有巖石材料試驗機的不足,而設(shè)計的一種可以測試較小巖石試件,并且可以結(jié)合顯微CT達到實時觀測巖石破壞過程的微型單軸巖石試驗機。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的—種微型單軸巖石試驗機,其特征在于所述試驗機包括機體、壓力顯示儀表, 以及由推進螺桿、位移刻度盤、下楔形體、上楔形體、力傳感器、復(fù)位彈簧組成的手動加載裝置,由試件筒和壓力鋼柱、球面墊、頂部預(yù)緊螺桿組成的試樣放置裝置;所述試件筒與所述機體的上部螺紋連接,所述推進螺桿由所述機體下部的一側(cè)穿入機體下內(nèi)腔,所述推進螺桿與所述機體螺紋連接,在位于所述機體下內(nèi)腔的所述推進螺桿一端安裝所述下楔形體, 所述上楔形體與所述下楔形體楔形面接觸,所述上楔形體的上平面與所述力傳感器接觸, 在位于機體上內(nèi)腔的所述力傳感器上端面與所述的機體之間設(shè)置所述復(fù)位彈簧,所述力傳感器與所述壓力鋼柱螺紋連接,所述壓力鋼柱與所述試件筒滑動配合,試件放置在所述壓力鋼柱的上端,試件上面設(shè)有所述球面墊,并用頂部預(yù)緊螺桿緊固,所述力傳感器通過數(shù)據(jù)線與所述壓力顯示儀表連接。本發(fā)明與現(xiàn)有的試驗機相比,由于體積小,可以同時測量巖石的變形量與承受的載荷大小,可以完成連續(xù)加載條件下的CT掃描,不僅避免了試件重復(fù)加載過程,而且借助 CT掃描機對試件進行掃描時,可以觀測巖石內(nèi)部裂隙的衍生-擴展過程,對促進巖石力學(xué)領(lǐng)域由宏觀到微觀的研究,提供了一種能夠進行微小試件加載的巖石試驗機。


圖1是一種微型單軸巖石試驗機的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是一種微型單軸巖石試驗機的工作原理示意圖。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
具體實施例方式如圖1所示,一種微型單軸巖石試驗機,包括機體12、壓力顯示儀表14,以及由推進螺桿11、位移刻度盤10、下楔形體9、上楔形體8、力傳感器7、復(fù)位彈簧6組成的手動加載裝置,由試件筒4和壓力鋼柱5、球面墊2、頂部預(yù)緊螺桿1組成的試樣放置裝置;所述試件筒4與所述機體12的上部螺紋連接,所述推進螺桿11由所述機體12下部的一側(cè)穿入機體下內(nèi)腔12-2,推進螺桿11與所述機體12螺紋連接,在位于所述機體下內(nèi)腔12-2的所述推進螺桿11 一端安裝所述下楔形體9,所述上楔形體8與所述下楔形體9楔形面接觸,所述上楔形體8的上平面與所述力傳感器7接觸,在位于機體上內(nèi)腔12-1的所述力傳感器7上端面與所述機體之間設(shè)置復(fù)位彈簧6,所述力傳感器7與所述壓力鋼柱5的下端螺紋連接,所述壓力鋼柱5與所述試件筒4滑動配合,試件3放置在所述壓力鋼柱5的上端,試件3上面設(shè)有所述球面墊2,并用頂部預(yù)緊螺桿1緊固,所述力傳感器7通過數(shù)據(jù)線13與所述壓力顯示儀表14連接。本發(fā)明的試件放置及加載過程是首先將試件3放置于壓力鋼柱5上,其上放置一套球面墊2 ;然后將試件筒4安裝在機體12上,并將試件3固定于試件筒4內(nèi)部;將推進螺桿11回復(fù)初始位置,旋轉(zhuǎn)頂部預(yù)緊螺桿1,將試件3鎖緊。開始加載時,旋轉(zhuǎn)推進螺桿11,同時記錄位移刻度盤10的刻度值以及壓力顯示儀表14的壓力值,根據(jù)記錄值換算試件端面施加的壓應(yīng)力值,并繪制試件的全程應(yīng)力——應(yīng)變曲線。由于力傳感器7的剛度為試件剛度的10 100倍,力傳感器的變形不會影響試件的變形。與顯微CT耦合觀測時,每一次加載完成,記錄壓力值與位移量后,啟動CT進行掃描,掃描結(jié)束后再行加載,得到完整的試件破壞圖形。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明是集加載-測量于一體的獨立式試驗裝置。旋轉(zhuǎn)手動推進螺桿,使上、下楔形體滑動產(chǎn)生向上的加載力,通過力傳感器給試件筒中的巖石試件施加壓力。巖石試件的變形量可以通過位移刻度盤讀出,巖石試件所受到的壓力由力傳感器測量,并將測得結(jié)果通過數(shù)據(jù)線傳送到壓力顯示儀表。如圖2所示,使用時將試驗機III安裝在CT掃描儀器的回轉(zhuǎn)臺上,試驗機的試件筒4及試件3位于CT掃描儀器的X光機I前面,X光機發(fā)射出的X光束II穿透試件筒4及巖石試件3。試驗機繞其回轉(zhuǎn)中心在回轉(zhuǎn)臺上旋轉(zhuǎn)360度,完成一次CT掃描。掃描前首先使用試驗機III對巖石試件加載,并通過刻度盤及顯示儀表讀取位移和應(yīng)力的測量結(jié)果。然后開啟X光機I進行掃描,觀測當(dāng)前壓力狀態(tài)下巖石試件內(nèi)部的變化。不斷進行加載和CT掃描,直至試件破壞,完成加載過程的CT觀測實驗。應(yīng)當(dāng)理解的是,對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說,可以根據(jù)上述說明加以改進或變換, 尤其是利用液壓方式或應(yīng)力傳感器代替力傳感器,或利用螺桿加載代替楔形體加載等,都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1. 一種微型單軸巖石試驗機,其特征在于所述試驗機包括機體(12)、壓力顯示儀表 (14),以及由推進螺桿(11)、位移刻度盤(10)、下楔形體(9)、上楔形體(8)、力傳感器(7) 和復(fù)位彈簧(6)組成的手動加載裝置,由試件筒(4)和壓力鋼柱(5)、球面墊(2)和頂部預(yù)緊螺桿(1)組成的試樣放置裝置;所述試件筒(4)與所述機體(12)的上部螺紋連接,所述推進螺桿(11)由所述機體(12)下部的一側(cè)穿入機體下內(nèi)腔(12-2),所述推進螺桿(11) 與所述機體(12)螺紋連接,在位于所述機體下內(nèi)腔(12-2)的所述推進螺桿(11) 一端安裝所述下楔形體(9),所述上楔形體(8)與所述下楔形體(9)楔形面接觸,所述上楔形體(8) 的上平面與所述力傳感器(7)接觸,在位于機體上內(nèi)腔(12-1)的所述力傳感器(7)上端面設(shè)置所述復(fù)位彈簧(6),所述力傳感器(7)與所述壓力鋼柱(5)的下端螺紋連接,所述壓力鋼柱(5)與所述試件筒(4)滑動配合,試件(3)放置在所述壓力鋼柱(5)的上端,所述試件 (3)上面設(shè)有所述球面墊(2),并用頂部預(yù)緊螺桿(1)緊固,所述力傳感器(7)通過數(shù)據(jù)線 (13)與所述壓力顯示儀表(14)連接。
全文摘要
一種微型單軸巖石試驗機,屬于巖石力學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明解決目前尚無能夠進行微小試件加載的巖石試驗機,不能結(jié)合顯微CT達到實時觀測巖石破壞過程的問題。本發(fā)明包括機體、壓力顯示儀表,以及由推進螺桿、位移刻度盤、下楔形體、上楔形體、力傳感器、復(fù)位彈簧組成的手動加載裝置,由試件筒和壓力鋼柱、球面墊、頂部預(yù)緊螺桿組成的試樣放置裝置。本發(fā)明用于巖石單軸壓縮試驗,可以實現(xiàn)在巖石加載的同時進行CT掃描,觀測巖石內(nèi)部裂隙衍生-擴展的過程。
文檔編號G01N3/16GK102435506SQ20111026051
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者馮增朝, 王彥琪, 趙東, 郭紅強, 馬玉林 申請人:太原理工大學(xué)
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