一种岩石三轴压缩超声实时扫描装置的制作方法

本发明涉及一种岩石三轴压缩时进行超声波实时扫描的系统，具体涉及利用超声检测成像系统实时检测岩石在三轴压缩过程中产生的裂隙的一种装置。

背景技术：

随着放射性核废料深深层地质处置、矿山资源深部开采、煤与油页岩的地下气化、地热资源开发、煤层瓦斯的安全抽放和综合利用等重大工程问题，高温后岩石物理力学特性研究成为了现在岩石领域主流研究方向。岩石经历高温以后，受到温度引起的热应力的作用会导致岩石结构的热破裂，进而影响岩石的物理力学特性，使岩石在一定荷载作用下产生大量裂缝，从而影响工程的可靠性。

为了确定这些岩石在工程中所能承载的能力，进行的试验有很多，主要为通过伺服试验系统提供轴压，用油压来提供围压，并且为了模拟实际工程的工作环境，以向试样内部注射液体提供孔压，通过工控机来控制加载的荷载量。这种方式可以在室内实验室建立起岩石试样在三轴应力作用下的本构模型，但对于裂隙的定位是实验环节中的盲区。

超声检测技术作为一种简单方便性价比高的测试技术，近年来已在工业材料检测领域得到广泛应用，但对于岩石性能研究中的超声检测，多发生在测试前后，在岩石三轴压缩测试过程中，有必要对岩石内部裂缝的产生时机和位置进行检测分析，从而更好的判断岩石中裂缝的产生与受压程度之间的关系。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决在室内实验室建立起岩石试样在三轴应力作用下的本构模型中产生的裂缝无法定位问题，提供一种岩石三轴压缩超声实时扫描装置。

解决上述问题的技术方案是：

一种岩石三轴压缩超声实时扫描装置，包括轴向施压结构、周向施压结构和超声扫描结构；所述的轴向施压结构为电液伺服系统1，所述的周向施压结构包括一轴向贯通的缸筒9，缸筒9上下端分别由顶盖3和底盖14密封，缸筒9与顶盖3和底盖14共同组成围压室7，所述顶盖3中部设有活塞2，活塞2上方与电液伺服系统1底部的压杆连接，活塞2下方连接压头4，压头4下方依次设有与压头4连接的上透水垫板6 和与底盖14连接的下透水垫板11，所述压头4与底盖14之间套设有橡皮套8，所述压头4、上透水垫板6、橡皮套8和下透水垫板11组成测试室10，所述的超声扫描结构为若干组连接于测试室10外侧壁的超声扫描探头13。

所述的底盖14为三段式圆台结构，其中顶部圆台周向尺寸与压头4尺寸相适应，橡皮套8上下端分别套设在压头4和顶部圆台上后，用上卡箍5和下卡箍12固定密封，形成设置在顶部圆台上端的测试室10，三段圆台中的中部圆台上设有凸橼，用于固定超声扫描探头13，探头紧密贴合于顶部圆台和测试室10侧壁，三段圆台中的底部圆台水平方向和中间圆台纵向设有相连通的钻孔，相连通的钻孔之间形成预留通讯通道15，便于所述探头的屏蔽信号线穿出，通道开口处在屏蔽信号线穿出后用环氧树脂密封，防止所述围压室内高压油泄漏。

所述顶盖3与底盖14之间外围通过若干对穿螺栓连接固定。

所述缸筒9的内径与底座14三段式圆台的中部圆台周向外径尺寸一致。

所述的超声扫描探头13周向分为三组，三组探头周向呈120°夹角分布，每组探头均采用二维阵列探头，在测试室外不同位置进行扫描陈列发射同时进行阵列接收。

本发明具有如下优点：

本发明通过将超声检测成像系统的探头置于围压室，与测试室合理接触，能在进行岩石三轴压缩的过程中，对岩石进行超声波扫描，实时监测岩石内部裂缝的产生，得到准确的实验数据，进而为工程提供更为可靠的测试实验结果，为预防工程因裂隙的产生导致灾害事故提供了更可靠的测试方法。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明底座俯视结构示意图；

图3为本发明一种超声探头内部结构示意图；

其中：1-电液伺服系统；2-活塞；3-顶盖；4-压头；5-上卡箍；6-上透水垫板；7-围压室；8-橡皮套；9-缸筒；10-测试室；11-下透水垫板；12-下卡箍；13-超声扫描探头；14-底盖；15-预留通讯通道；F-发射阵列；J-接收阵列。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-3所示，装置中放置岩石试样的测试室10由压头4、上卡箍5、上透水垫板6、下透水垫板11、下卡箍12构成，测试室10放置在底盖14的顶部圆台上，通过下卡箍12固定在顶部圆台上，测试室10内放置岩石试样，其中上透水垫板6和下透水垫板11使得岩石试样在测试室内受压均匀且便于进行岩石试样的孔压测试。

装置中的三组超声扫描探头13相互之间成120°放置在底盖14中间圆台上，并紧密贴合于测试室10外侧壁，由底盖14中间圆台上的凸橼固定，每组探头均采用二维阵列探头，如图3所示，为一种内部结构为4×8阵列的探头，该探头上分布有发射阵列和接收阵列，在检测时每组超声扫描探头在不同位置进行阵列发射同时进行阵列接收，完成超声扫描信息的实时读写和传输，超声扫描探头13的屏蔽信号线通过预留通讯通道15穿出围压室7，为了防止围压室7中的高压油泄漏，预留通讯通道15在底盖14上形成的钻孔用环氧树脂密封，探头的屏蔽信号线穿出围压室7后与电脑相连，从而实现了围压室7内的超声扫描探头13的检测信号向电脑传输。

本装置中的测试室10上端连接压头4，并用上卡箍5固定，围压室7上部由顶盖3密封，顶盖3上的活塞2处于压头4正上方，顶盖3边缘用对穿螺杆与底盖14边缘连接固定，形成对缸筒9的上下密封，活塞2轴向上方连接电液伺服系统1的底部压杆。

本装置通过向围压室7加入高压油提供围压，当围压加载完成以后，启动超声扫描探头13进行扫描，通过电液伺服系统1向测试室10提供轴压进行轴向压缩试验，此时超声扫描探头13对测试室10内岩石试样进行实时扫描检测，试样在测试室10内的受压情况可根据围压室7中导入的高压油流速、纵向电液伺服系统1提供的压力等确定，在压缩检测过程中超声扫描探头检测到的结果实时形成检测信号传导到电脑上，在电脑上显示一维的A显波形和二维的B型图像，并且在电脑上进行数据三维融合后，进行三维显示，使得岩石进行三轴压缩过程中产生的裂纹和裂纹走向会实时的在图像中显示出来，从而对岩石试样在设定的受压状态下，内部裂纹的产生时间、产生位置以及裂纹扩展速度等得到实时的监控。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。