一种用于CT的三轴加载装置的制作方法

本实用新型涉及岩土试验技术领域，特别涉及一种用于CT的三轴加载装置。

背景技术：

岩土试验机是一种研究岩土的应力、应变关系的基础科学试验仪器，包括轴压系统，工作原理是通过轴压系统对试样施加轴向试样力，从而模拟试样的多种实际工况。

然而，传统的岩土试验机难以检测到试样材料的内部结构，因而更无法测得岩体内部不同性质材料的真实几何分布情况。随着计算机技术的不断完善和发展，CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)识别技术被应用到岩土试验中来。为了在试验过程中对岩土试样各个纵向截面的变形情况进行动态观测，就要解决岩土试样与CT仪的相对转动问题。在现有技术中，通常采用的是将应变式三轴压力室直接放到CT机中进行扫描，这种CT扫描方法只适合于压力室轴向压力和周围压力较低的场合，对大型岩土试验机不适用。现有的试验装置并未解决在CT射线扫描区域，即较小截面区域内对岩土试样的加载以及测量问题。

因此，如何避免由于轴压围压较大时岩土试验机不能直接放到CT机中扫描，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于CT的三轴加载装置，该装置可以解决在CT射线扫描区域内对岩土试样的加载和测量的问题，从而可以实现岩土试样的加载，同时还可以实现加载装置在CT机中的扫描。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于CT的三轴加载装置，包括缸体，所述缸体的内部设有用以沿竖直方向加载试样的第一加载部件以及用以在水平面内加载试样的第二加载部件和第三加载部件，所述第二加载部件加载试样的方向垂直于所述第三加载部件加载试样的方向，且所述第二加载部件与所述第三加载部件均水平的设置于试样周围。

优选地，还包括位于所述缸体的内侧壁与所述第一加载部件之间、用于注入液压油以供所述第一加载部件运动的第一腔体，且所述第一腔体的容积可变；

还包括位于所述缸体的内侧壁与所述第二加载部件之间、用于注入液压油以供所述第二加载部件运动的第二腔体，且所述第二腔体的容积可变；

还包括位于所述缸体的内侧壁与所述第三加载部件之间、用于注入液压油以供所述第三加载部件运动的第三腔体，且所述第三腔体的容积可变。

优选地，所述缸体的外侧壁设有用以供所述第一腔体的液压油注入的第一螺纹孔，所述缸体的内部还设有两端分别与所述第一螺纹孔和所述第一腔体连通、用以供液压油流至所述第一腔体的第一管道；

所述缸体的外侧壁设有用以供所述第二腔体的液压油注入的第二螺纹孔，所述缸体的内部还设有两端分别与所述第二螺纹孔和所述第二腔体连通、用以供液压油流至所述第二腔体的第二管道；

所述缸体的外侧壁设有用以供所述第三腔体的液压油注入的第三螺纹孔，所述缸体的内部还设有两端分别与所述第三螺纹孔和所述第三腔体连通、用以供液压油流至所述第三腔体的第三管道。

优选地，所述第一加载部件具体为活塞杆部件；所述第二加载部件与所述第三加载部件均为能够供CT射线穿透的压盘部件。

优选地，所述缸体还设有用于当所述第二加载部件压住试样时限制试样沿所述第二加载部件加载方向的位移的第二限位部件以及用于当所述第三加载部件压住试样时限制试样沿所述第三加载部件加载方向的位移的第三限位部件。

优选地，还包括两个分别固接于试样上下两侧、用以当所述第一加载部件沿其加载方向运动至与试样上侧端面接触时测量试样变形量的第一测量片；

还包括两个分别固接于试样前后两侧、用以当所述第二加载部件沿其加载方向运动至与试样前侧端面接触时测量试样变形量的第二测量片；

还包括两个分别固接于试样左右两侧、用以当所述第三加载部件沿其加载方向运动至与试样右侧端面接触时测量试样变形量的第三测量片。

优选地，还包括用以将试样沿所述第一加载部件加载方向的变形量转换为电信号输出的第一位移传感器；

还包括用以将试样沿所述第二加载部件加载方向的变形量转换为电信号输出的第二位移传感器；

还包括用以将试样沿所述第三加载部件加载方向的变形量转换为电信号输出的第三位移传感器。

优选地，所述第一位移传感器通过支架与所述第一加载部件连接。

优选地，所述缸体具体为航空铝合金材质的缸体。

相对于上述背景技术，本实用新型针对岩土试验的不同要求，设计了用于CT的三轴加载装置；具体来说，该装置包括缸体，缸体的内部设有第一加载部件、第二加载部件以及第三加载部件，其中，第一加载部件用以沿竖直方向加载试样，第二加载部件与第三加载部件用以在水平面内加载试样，第二加载部件加载试样的方向与第三加载部件加载试样的方向相互垂直，并且第二加载部件与第三加载部件均水平地布置在试样的周围。这样一来，CT机的射线源分布在上述三轴加载装置的一侧，CT机的探测器屏位于三轴加载装置的另一侧，由于第二加载部件与第三加载部件均水平地布置在试样的周围，且二者体积小、加载精确，CT射线可穿透加载装置扫描试样，从而使成像状况良好，在实现岩土试样通过第一加载部件、第二加载部件以及第三加载部件三轴加载的同时，还实现了加载装置在CT机中360度无遮挡的扫描。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的用于CT的三轴加载装置的主视图；

图2为本实用新型实施例所提供的用于CT的三轴加载装置的水平加载结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的用于CT的三轴加载装置的侧视图。

其中：

1-第一加载部件、2-第一腔体、3-第三限位部件、4-缸体、5-第三腔体、6-第三测量片、7-第二加载部件、8-第二位移传感器、9-第二腔体、10-第三加载部件、11-第三位移传感器、12-第一位移传感器、13-支架。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种用于CT的三轴加载装置，该装置可以解决在CT射线扫描区域内对岩土试样的加载和测量的问题，从而可以实现岩土试样的加载，同时还可以实现加载装置在CT机中的扫描。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

需要说明的是，下文所述的“上方、下方、前侧、后侧、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。

请参考图1至图3，图1为本实用新型实施例所提供的用于CT的三轴加载装置的主视图；图2为本实用新型实施例所提供的用于CT的三轴加载装置的水平加载结构示意图；图3为本实用新型实施例所提供的用于CT的三轴加载装置的侧视图。

本实用新型所提供的用于CT的三轴加载装置，包括缸体4，缸体4的内部设有第一加载部件1、第二加载部件7以及第三加载部件10，其中，第一加载部件1用以沿竖直方向加载试样，第二加载部件7与第三加载部件10用以在水平面内加载试样，第二加载部件7加载试样的方向与第三加载部件10加载试样的方向相互垂直，并且第二加载部件7与第三加载部件10均水平地布置在试样的周围，第一加载部件1竖直的设置于试样的上方；也就是说，第一加载部件1、第二加载部件7以及第三加载部件10在空间上两两相互垂直的安装在缸体4内。

需要说明的是，第一加载部件1、第二加载部件7以及第三加载部件10三者均可以设置为作动器，其中，第一加载部件1具体为安装在缸体4内侧壁上的活塞杆部件，活塞杆部件能够沿着活塞杆部件与缸体4内侧壁形成的封闭腔体进行上、下伸缩运动以实现沿竖直方向加载试样的功能，第二加载部件7与第三加载部件10具体都为安装在缸体4内侧壁上的压盘部件。

此外，CT机的射线源分布在上述三轴加载装置的一侧，CT机的探测器屏位于三轴加载装置的另一侧，这样一来，由于压盘部件以及靠近压盘部件一侧的缸体4能够供位于加载装置一侧的CT射线穿透，从而可以通过工业CT机的射线不断扫描试样并成像，并且最终可以看到岩土试样被压裂的裂纹发生与发展的过程。

在本实施例中，上述装置还包括位于缸体4的内侧壁与第一加载部件1之间的第一腔体2、位于缸体4的内侧壁与第二加载部件7之间的第二腔体9以及位于缸体4的内侧壁与第三加载部件10之间的第三腔体5，也就是说，第一加载部件1靠近缸体4一端与缸体4内侧壁之间形成有第一腔体2，相应地，第二加载部件7靠近缸体4一端与缸体4内侧壁之间形成有第二腔体9，第三加载部件10靠近缸体4一端与缸体4内侧壁之间形成有第三腔体5。

第一腔体2、第二腔体9以及第三腔体5均为容积可变的腔体，腔体的作用是能够通过注入流体动力源实现加载部件的加载功能，并且腔体内部是密封的；此外，上述注入腔体的流体动力源可以是液压油或者水或者气体中的任意一种，前提是能够满足驱动加载部件完成加载功能。

例如，第一腔体2能够通过注入液压油以提供驱动力使第一加载部件1伸出进行加载运动，第二腔体9能够通过注入液压油以提供驱动力使第二加载部件7伸出进行加载运动，第三腔体5能够通过注入液压油以提供驱动力使第三加载部件10伸出进行加载运动；当第一加载部件1、第二加载部件7以及第三加载部件10完成加载时，可以通过各自液压油输送管道中的泄油阀使加载部件缩回。

当然，根据实际需要，第一加载部件1、第二加载部件7以及第三加载部件10可以相互独立的完成对试样的加载，也就是说，第一腔体2、第二腔体9以及第三腔体5相互之间各为独立的腔体，并且相应的用于输送至第一腔体2、第二腔体9以及第三腔体5的输油管道也是相互独立的。

具体地说，缸体4的外侧壁设有第一螺纹孔、第二螺纹孔以及第三螺纹孔，其中，第一螺纹孔的作用是用来注入第一腔体2的液压油、第二螺纹孔的作用是用来注入第二腔体9的液压油以及第三螺纹孔的作用是用来注入第三腔体5的液压油。

相应的，缸体4的内部还设有第一管道、第二管道以及第三管道，其中，第一管道的两端分别与第一螺纹孔和第一腔体2连通并能够供液压油流至第一腔体2、第二管道的两端分别与第二螺纹孔和第二腔体9连通并能够供液压油流至第二腔体9以及第三管道的两端分别与第三螺纹孔和第三腔体5连通并能够供液压油流至第三腔体5。

更加具体地说，缸体4还设有第二限位部件以及第三限位部件3，其中，当第二加载部件7压住试样前侧时，位于试样后侧的第二限位部件能够抵住试样以限制试样沿第二加载部件7加载方向的位移；当第三加载部件10压住试样右侧时，位于试样左侧的第三限位部件3能够抵住试样以限制试样沿第三加载部件10加载方向的位移。

当第一加载部件1加载试样并压住试样上侧时，位于试样下侧并用于安装试样的底端支座能够抵住试样以限制试样沿第一加载部件1加载方向的位移，这样即可完成对试样的三轴加载作用以及扫描操作。

当然，根据实际需要，第二限位部件与第三限位部件3均可以设置为安装于缸体4上的丝堵，具体地说，可以在缸体4上，且位于试样第二加载侧的对侧，即试样的后侧，以及在缸体4上，且位于试样第三加载侧的对侧，即试样的左侧开设通孔，通孔用来安装丝堵；当试样以及测量试样的部件安装在缸体4内部后，将位于试样侧面的丝堵锁紧，以便后续的加载操作。

为了实现测量的功能，上述装置还包括两个分别固接于试样上、下两侧的第一测量片、两个分别固接于试样前、后两侧的第二测量片以及两个分别固接于试样左、右两侧第三测量片6。其中，当第一加载部件1沿其加载方向运动至与试样上侧端面接触时，两个分别固接于试样上、下两侧的第一测量片能够测量试样在第一加载部件1加载前后的变形量；当第二加载部件7沿其加载方向运动至与试样前侧端面接触时，两个分别位于试样前、后两侧的第二测量片能够测量试样在第二加载部件7加载前后的变形量；当第三加载部件10沿其加载方向运动至与试样右侧端面接触时，两个分别位于试样左、右两侧的第三测量片6能够测量试样在第三加载部件10加载前后的变形量。

当然，根据实际需要，第一测量片、第二测量片与第三测量片6均可以通过胶接固定连接于试样上，测量片可以通过与水平设置的引伸计连接来实现上述测量功能，引伸计可以参照现有部分的相关技术要求，此处将不再展开；此外，还可以在试样的上下两侧分别粘贴两个矩形垫片，该垫片不具有测量试样变形量的功能，其作用仅可以保证试样在第一加载部件1加载过程中受力均匀。

为了优化上述实施例，还可以在第一加载部件1上设置第一位移传感器12，第一位移传感器12能够将试样沿第一加载部件1加载方向的变形量转换为电信号并传递出去，第一位移传感器12可以通过支架13固定连接于第一加载部件1；相应地，加载装置还包括第二位移传感器8，第二位移传感器8能够将试样沿第二加载部件7加载方向的变形量转换为电信号并传递出去；加载装置还包括第三位移传感器11，第三位移传感器11能够将试样沿第三加载部件10加载方向的变形量转换为电信号并传递出去。此外，位移传感器的工作原理可以参照现有部分的相关技术要求，此处将不再展开。

缸体4的材料可以设置为航空铝合金，并且与试样处于同一水平面内的缸体4侧壁的厚度小于缸体4其他部分的厚度，这样当工业CT机射线扫描试样时，可以观测到更清晰的画面。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型所提供的用于CT的三轴加载装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。