[发明专利]一种适用于CT三维重建的有压冻结三轴试验系统及方法

说明书

本发明公开了一种适用于CT三维重建的有压冻结三轴试验系统及方法，本系统包括承压设备、轴压加载装置、控温系统以及外接设备；其能够制取不同冻结压力、冻结速率下满足三轴实验规范的标准圆柱形冰或冻土试样，在围压和孔隙水压力可控的条件下开展原位三轴压缩试验以及温度场的测试；最重要的是，本发明能够在保持试样三轴应力状态恒定的条件下进行CT三维重建。

技术领域

本发明涉及冰力学与冻土力学研究领域，具体涉及一种适用于CT三维重建的有压冻结三轴试验系统及方法。

背景技术

目前我国东部新建、拟建煤矿立井多数要穿越400至600米的深厚表土层，深部土自重应力高于十兆帕；大量的深井人工冻结现场实测数据证明，在此高应力条件下形成的深土冻土，其力学特性明显有别于浅部冻土；但是目前针对深土冻土的力学试验手段和测试方法仍不完善，对其力学本质的认识也十分有限。随着计算机断层扫描技术和图像处理技术的日益完善，可以借助其观察冻土在三轴压力作用下的颗粒破碎、裂隙发育甚至冰包裹体破裂等现象，进而探讨其强度机理。这就要求研制出能与CT机配合使用的有压冻结三轴试验系统。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种适用于CT三维重建的有压冻结三轴试验系统及方法，其能够满足工业CT对于试验系统的严苛要求，在配合CT机进行三维重建时，无需外接任何管路，也无需供电，适用于多种类型的CT机。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种适用于CT三维重建的有压冻结三轴试验系统，包括承压设备、轴压加载装置、控温系统以及外接设备；

所述承压设备包括底座，所述底座上端设有支撑台，所述支撑台上端设有用于嵌套试样模的凸型台，所述凸型台上方设有上法兰，所述上法兰与支撑台之间螺栓连接有压力腔外壳，所述压力腔外壳的内壁与上法兰、支撑台之间形成有压力腔；所述上法兰上开有连通压力腔的出油孔；所述上法兰中心贯穿有加载杆，所述加载杆下端伸入压力腔内并嵌套在试样模上端，所述加载杆上端螺纹连接有保压圆盘和杆帽；所述上法兰与保压圆盘上开有相互适配的用于连接保压螺栓的若干保压螺纹孔；

所述轴压加载装置包括设在杆帽上方的电动机，所述电动机通过若干反力杆螺纹连接在上法兰上；所述电动机的加载输出端与杆帽之间压紧有荷重传感器；

所述控温系统包括螺旋缠绕在底座外壁上的冻结管、包裹在自底座至加载杆上所有裸露部位的保温毡以及若干制冷盒，所述底座、支撑台以及凸型台内设有上下贯通的测温孔，所述底座上还设有两个分别连通压力腔的注水孔和注油孔，所述加载杆内设有贯通的水压孔，水压孔上端经杆帽引出后连通管路并设有阀门；

所述外接设备包括与注水孔连通的水压力体积控制器、与注油孔连通的油压力体积控制器、与冻结管连通的冷浴系统以及解调仪。

优选地，所述凸型台下端柱体外壁与压力腔外壳内壁适配并设有第一密封圈；所述上法兰为倒置T字型，其下端柱体外壁与压力腔外壳内壁适配并设有第二密封圈。

优选地，所述杆帽、保压圆盘与加载杆之间分别设有第三密封圈。

优选地，所述底座外壁上开有供冻结管嵌入的螺旋槽孔。

优选地，所述的压力腔外壳材质选用聚醚醚酮，其外径与上法兰、支撑台外径相同，设支撑台外径D1，凸型台最大外径D2，则压力腔外壳厚度＝(D1-D2)/2。

优选地，所述底座上还设有连通压力腔的备用测试孔。

优选地，所述注水孔、注油孔、水压孔、出油孔、测温孔以及备用测试孔的孔径均为加载杆外径的四分之一。

优选地，所述注水孔和测温孔连通，注水孔和测温孔的共同端与试样模内的试样连通；测温孔底端为双层沉头孔设计并且设有内螺纹。