一种能配合CT扫描的三轴实验装置的制作方法

本实用新型是涉及一种三轴实验装置，具体说，是涉及一种能配合ct扫描的三轴实验装置。

背景技术：

目前三轴试验已经广泛应用于岩土工程、地质灾害研究与应用等领域。特别在岩石力学领域，对岩石在应力作用下的变形及渗流特征的研究是岩石力学领域的主要方向之一。岩石力学试验的主要目的是模拟自然状态下岩石的力学和渗透等形为特征及其背后的机理。另外，由于ct扫描技术可以实现对岩石内部的微观结构进行表征，能精确获得孔隙结构，是揭示多孔介质的渗流特性及其机理的有效方法，且不会对岩石内部结构造成损伤，以致ct扫描技术近年来已被国内外广泛应用于油气田开发领域。现有研究表明，如果使三轴试验仪与ct扫描技术相配合使用，可实现对岩样内部的结构变化进行全方位监测，能了解岩样内部结构的局部变化、细微变化及变化趋势，掌握岩样在不同受力条件下的性状，从微观的角度了解岩石的变形破坏机理。但由于ct扫描时，x射线管及探测器是固定不动的，是由高精度的旋转台转动物体进行ct扫描。而现有的普通三轴实验装置为了施加较大的轴向应力，设备本身不仅体积大，而且重量很重，动则数吨甚至几十吨，以致无法实现与ct机的配合使用，实现对样品进行三轴动态扫描。因此，本领域急需研发能配合ct扫描的体积小、重量轻、且能实现轴向大载荷的三轴实验装置。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种能配合ct扫描且体积小、重量轻、并能实现轴向大载荷的三轴实验装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种能配合ct扫描的三轴实验装置，包括：夹持器、加载缸、轴压加载系统和围压加载系统，所述夹持器包括筒体以及与所述筒体的两端分别连接的上传力端头和下传力端头，在所述筒体的外部设有周向承压碳纤维套和轴向承压碳纤维套，加载缸与下传力端头之间为可拆卸式固定连接，加载缸内设有t型活塞，t型活塞的头部与下传力端头的内腔形成能轴向移动的密封连接，在加载缸的底部设有液压油输送通道，所述液压油输送通道的内端口与加载缸的内腔相连通，所述液压油输送通道的外端口通过管路与轴压加载系统相连接；并且，在上传力端头上设有与围压腔相连通的围压液流出孔，在下传力端头上设有与围压腔相连通的围压液注入孔，所述围压液流出孔和围压液注入孔分别通过管路与围压加载系统形成闭环连接。

一种实施方案，所述周向承压碳纤维套设在筒体的外壁周向。

一种实施方案，在上传力端头的下部设有外凸的上承力肩，在下传力端头的上部设有外凸的下承力肩，所述轴向承压碳纤维套是由碳纤维通过树脂以与轴向相倾斜的缠绕方向在上、下承力肩上包裹缠绕固化得到。

另一种实施方案，在上传力端头的下部外周和下传力端头的上部外周均设有至少一组成中心对称的悬臂，且位于上传力端头上的悬臂与位于下传力端头上的悬臂形成镜像对称，所述轴向承压碳纤维套是由碳纤维通过树脂以与轴向相平行的缠绕方向在构成镜像对称的上、下悬臂上缠绕固化得到。

一种优选方案，在上传力端头和下传力端头上均设有2～4组成中心对称的悬臂。

进一步优选方案，位于上、下传力端头上的悬臂分别与其为一体成型结构。

一种实施方案，筒体与上传力端头和下传力端头之间为拼接结构，并且，在上传力端头与筒体的连接处及下传力端头与筒体的连接处均设有密封圈。

另一种实施方案，筒体与上传力端头和下传力端头之间为一体成型结构。

一种优选方案，上传力端头和下传力端头均是与筒体共中心轴的圆柱筒。

一种优选方案，在上传力端头的内腔设有与筒体上端部密封连接的密封压块和与上传力端头的内壁内螺纹连接的压紧螺母。

一种优选方案，加载缸与下传力端头之间采用螺纹连接。

进一步优选方案，加载缸与下传力端头之间通过双螺纹法兰相连接，即：双螺纹法兰与加载缸的口部螺纹连接，下传力端头与双螺纹法兰螺纹连接。

一种优选方案，在t型活塞的头部开设有密封槽，在所述密封槽内设有外径与下传力端头的内腔直径相适配的密封圈。

一种实施方案，所述轴压加载系统包括液压油箱、液压油泵和压力传感器，所述液压油泵的进油口与液压油箱管路连接，所述液压油泵的出油口与液压油输送通道的外端口管路连接，所述压力传感器设置在液压油泵与液压油输送通道的外端口相连接的管路上。

一种实施方案，所述围压加载系统包括注液泵、围压液储槽和自动调压阀，所述注液泵的进油口通过管路与围压液储槽相连接，所述注液泵的出油口通过管路与围压液注入孔相连接，所述围压液流出孔通过管路与围压液储槽相连接，所述自动调压阀串接在围压液流出孔与围压液储槽之间的管路上。

一种优选方案，所述围压加载系统还包括进液压力传感器和出液压力传感器，所述进液压力传感器串接在注液泵与围压液注入孔之间的管路上，所述出液压力传感器串接在围压液流出孔与自动调压阀之间的管路上。

相较于现有技术，本实用新型具有如下有益技术效果：

由于本实用新型所述夹持器设有周向承压碳纤维套和轴向承压碳纤维套，轴向应力与周向应力能完全分开且不互相影响，不仅可使所述夹持器同时承载高围压及高轴向载荷，而且对射线穿透性没影响，并能实现轻量化；因此使得本实用新型提供的三轴实验装置能与ct扫描配合使用，且实验时，只需将夹持器与加载缸的装配体放入ct机内的转台上，其中的轴压加载系统和围压加载系统不用放入ct机内，只需通过管路分别与夹持器和加载缸进行连接即可，不仅使用方便，操作简单，可实现利用ct扫描技术实时监测试样在三轴实验过程中的微观结构变化，而且还具有结构简单、易于拆装和维护等优点，因此，本实用新型对地质勘探和岩心物性的研究具有重要价值，应用前景广泛。

附图说明

图1为实施例1提供的一种能配合ct扫描的三轴实验装置的剖视结构示意图；

图2是实施例2提供的另一种能配合ct扫描的三轴实验装置的剖视结构示意图；

图3是实施例2中所述夹持器的立体结构示意图；

图4是体现实施例2中所述筒体、上传力端头和下传力端头的结构及其之间的装配结构的示意图。

图中标号示意如下：1、夹持器；11、筒体；12、上传力端头；121、上承力肩；13、下传力端头；131、外螺纹；132、下承力肩；14、周向承压碳纤维套；15、轴向承压碳纤维套；16、围压液流出孔；17、围压液注入孔；2、加载缸；21、t型活塞；211、t型活塞的头部；22、加载缸的内腔；23、内螺纹；24、液压油输送通道；241、液压油输送通道的内端口；242、液压油输送通道的外端口；3、轴压加载系统；31、液压油箱；32、液压油泵；33、压力传感器；4、围压加载系统；41、注液泵；42、围压液储槽；43、自动调压阀；44、进液压力传感器；45、出液压力传感器；5、双螺纹法兰；6、围压腔；7、密封压块；8、压紧螺母；9、悬臂；9a、位于上传力端头上的悬臂；9b、位于下传力端头上的悬臂；10、试样；a1/a2、密封圈。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细描述。

实施例1

请参阅图1所示：本实施例提供的一种能配合ct扫描的三轴实验装置，包括：夹持器1、加载缸2、轴压加载系统3和围压加载系统4，所述夹持器1包括筒体11以及与所述筒体11的两端分别连接的上传力端头12和下传力端头13，在所述筒体11的外部设有周向承压碳纤维套14和轴向承压碳纤维套15，加载缸2与下传力端头13之间为可拆卸式固定连接(具体说，本实施例是通过在下传力端头13的外壁设置外螺纹131，在加载缸2的口部内壁设置内螺纹23，通过使用具有内外螺纹的双螺纹法兰5，使双螺纹法兰5分别与加载缸2的口部及下传力端头13螺纹连接，这种结构不仅实现了加载缸2与夹持器1之间的固定连接，而且易于拆装和维护)，加载缸2内设有t型活塞21，t型活塞的头部211与下传力端头13的内腔形成能轴向移动的密封连接(具体说，本实施例是通过在t型活塞的头部211开设密封槽，在所述密封槽内设有外径与下传力端头13的内腔直径相适配的密封圈a1)，在加载缸2的底部设有液压油输送通道24，所述液压油输送通道的内端口241与加载缸的内腔22相连通，所述液压油输送通道的外端口242通过管路与轴压加载系统3相连接；并且，在上传力端头12上设有与围压腔6相连通的围压液流出孔16，在下传力端头13上设有与围压腔6相连通的围压液注入孔17，所述围压液流出孔16和围压液注入孔17分别通过管路与围压加载系统4形成闭环连接。

在本实施例中，筒体11与上传力端头12和下传力端头13之间为拼接结构(当然，也可采用一体成型结构)，并且，在上传力端头12与筒体11的连接处及下传力端头13与筒体11的连接处均设有密封圈a2。上传力端头12和下传力端头13均是与筒体11共中心轴的圆柱筒，在上传力端头12的内腔设有与筒体11上端部密封连接的密封压块7和与上传力端头12的内壁内螺纹连接的压紧螺母8。在上传力端头12的下部设有外凸的上承力肩121，在下传力端头13的上部设有外凸的下承力肩132，所述轴向承压碳纤维套15是由碳纤维通过树脂以与轴向相倾斜(即：与轴向形成锐角夹角)的缠绕方向在上承力肩121和下承力肩132上包裹缠绕固化得到。另外，周向承压碳纤维套14是设在筒体11的外壁周向，具体是由碳纤维通过树脂以周向缠绕固化在筒体11的外周壁上得到。

所述轴压加载系统3包括液压油箱31、液压油泵32和压力传感器33，所述液压油泵32的进油口与液压油箱31管路连接，所述液压油泵32的出油口与液压油输送通道的外端口242管路连接，所述压力传感器33设置在液压油泵32与液压油输送通道的外端口242相连接的管路上。轴压加载系统3将高压液压油通过液压油输送通道24输送到加载缸的内腔22以施加给t型活塞21，从而实现对夹持器内的试样10进行轴向加载。

所述围压加载系统4包括注液泵41、围压液储槽42、自动调压阀43、进液压力传感器44和出液压力传感器45，所述注液泵41的进油口通过管路与围压液储槽42相连接，所述注液泵41的出油口通过管路与围压液注入孔17相连接，所述围压液流出孔16通过管路与围压液储槽42相连接，所述自动调压阀43串接在围压液流出孔16与围压液储槽42之间的管路上，所述进液压力传感器44串接在注液泵41与围压液注入孔17之间的管路上，所述出液压力传感器45串接在围压液流出孔16与自动调压阀43之间的管路上。

本实用新型所述的三轴实验装置配合ct扫描实验时，只需将组装好的夹持器1与加载缸2的装配体平稳的放入ct机内的转台上，其中的轴压加载系统3和围压加载系统4放在ct机的外部，只需通过管路分别与夹持器1和加载缸2相连接进行轴压和围压的加载操作。

实施例2

请结合图1和图2所示，本实施例所述的能配合ct扫描的三轴实验装置，与实施例1的区别仅在于：夹持器1上的轴向承压碳纤维套15具有区别，其余内容均相同。

请再结合图3和图4所示，本实施例是在上传力端头12的外周部和下传力端头13的外周部均设有至少一组(优选2～4组，图中示出了3组，但不限于此数量)成中心对称的悬臂9，且位于上传力端头12上的悬臂9a与位于下传力端头13上的悬臂9b形成镜像对称，所述轴向承压碳纤维套15是由碳纤维通过树脂以与轴向相平行(即：与轴向形成零夹角)的缠绕方向在构成镜像对称的上、下悬臂9a、9b上缠绕固化得到。

为了方便制造和保证使用的牢固性，本实施例中，悬臂9a与上传力端头12之间及悬臂9b与下传力端头13之间均采用一体成型结构。

需要在此说明的是：由于本实用新型所述夹持器通过设置周向承压碳纤维套和轴向承压碳纤维套，使轴向应力与周向应力完全分开且不互相影响，因而所述夹持器可同时承载高围压及高轴向载荷；并且，所述筒体11可根据具体使用环境选用不同的材料，例如：钛合金可同时满足高温、高射线穿透、无磁性等要求；橡胶可满足高射线穿透、无磁性、低重量等要求；聚四氟乙烯可同时满足耐腐蚀、高温、高射线穿透、无磁性、低重量等要求，其主要功能是对内部的介质(气体或液体)起到一个密封的作用，对缠绕在其外周部的周向承压碳纤维套14起到支撑作用；筒体11通常较薄，以便于外部探测仪器对其内部的样品进行检测。在缠绕碳纤维时，需用树脂对碳纤维进行固化，碳纤维缠绕用树脂固化的技术已在飞机外壳、汽车外壳、自行车支架、鱼竿、混凝土加固、游艇、赛艇等领域广泛应用，为已知技术，在此不做赘述。又由于碳纤维对于射线的穿透性无影响或影响很小，因此本实用新型所述的夹持器可以用在对射线穿透性有要求的ct扫描仪中。另外，通过对加载缸2的材质选择，例如：选用低密度、高强度的钛合金、铝合金、镁合金或碳纤维复合材料，还可进一步降低整个加载装置的重量，更适合于ct扫描实验的更高条件(大轴向载荷且轻量化)的要求。

综上所述可见，本实用新型提供的三轴实验装置，由于其中的夹持器能实现高轴向载荷(高达10000kn)和轻量化，且不影响射线穿透性，因而能与ct扫描配合使用，且实验时，只需将夹持器与加载缸的装配体放入ct机内的转台上，其中的轴压加载系统和围压加载系统不用放入ct机内，只需通过管路分别与夹持器和加载缸进行连接即可，不仅使用方便，操作简单，可实现利用ct扫描技术实时监测试样在三轴实验过程中的微观结构变化，而且还具有结构简单、易于拆装和维护等优点，因此，本实用新型对地质勘探和岩心物性的研究具有重要价值，应用前景广泛。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。