[发明专利]一种测量岩石试样径向变形的装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩石力学试验，尤其涉及一种高低温三轴应力条件下，测量岩石试样径向变形的装置。

背景技术

岩石的基本力学特性是实施重大岩石工程的基础，岩石的基本力学特性参数包括弹性模量和泊松比，泊松比的定义为试样径向应变与轴向应变之比。目前，根据国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会制定的岩石力学试验建议方法，在常温条件下轴向应变通过测量轴向应力作用下岩石试样轴向变形量来确定轴向应变。而径向应变通过束缚在试样轴向中间位置处的环形变形环测量岩石试样的径向变形计算得到。这种方法已广泛应用于常温试验条件。但高温(如400℃)或低温(如-140℃)条件下，由于环形变形环不具有耐热、耐冷性能，从而会导致径向变形测量失效。因此，高低温条件下测量岩石径向变形方法的装置，仍是岩石力学基本特性研究中的技术难题。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺点，提供一种测量岩石试样径向变形的装置，解决现有方法所采用的装置在高低温条件下测量元件失效，致使无法测量岩石试样径向变形的技术问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种测量岩石试样径向变形的装置，包括：岩石试样，放置岩石试样的三轴压力室，其特征在于：所述岩石试样置于所述三轴压力室的中下位后，通过上部可产生轴向载荷的柱塞和密封，使岩石试样四周与压力室内腔之间形成封闭的空间；所述三轴压力室的下部开有与传压介质相通的下部进液孔，所述三轴压力室的中部开有与透明耐压毛细管相通的中部进液孔，所述透明耐压毛细管与高压气体稳压容器上部相通，所述高压气体稳压容器与高压气体相通，所述三轴压力室的侧面上部设有可控放气孔。

进一步，所述传压介质通过输送装置经所述下部进液孔进入所述三轴压力室内。

进一步，所述输送装置是高压泵或高压液氮罐。

进一步，所述三轴压力室与所述透明耐压毛细管之间设有Ⅰ号控制阀。

进一步，所述透明耐压毛细管长度的中部设有Ⅱ号控制阀和Ⅲ号控制阀。

进一步，所述透明耐压毛细管与所述高压气体稳压容器之间设有Ⅳ号控制阀。

进一步，所述高压气体稳压容器与高压气体之间设有高压气泵。

进一步，对于高温条件下岩石径向变形的测量，所述三轴压力室外部可设置加热保温器；对于低温条件下岩石径向变形的测量，所述三轴压力室外部可设置降温保温器。

进一步，所述透明耐压毛细管为无色透明状，耐压大于60MPa，透明毛细管的孔径小于3mm，孔截面积在全管长度内允许正负波动1/1000，透明毛细管的长度大于1m。

采用本发明测量岩石试样径向变形的方法，其测量步骤为：

(1)采用密封材料将岩石试样密封后安装在三轴压力室内，同时施加初始轴向载荷；

(2)打开可控放气孔和Ⅰ号控制阀、Ⅱ号控制阀、Ⅲ号控制阀、Ⅳ号控制阀；

(3)将传压介质通过输送装置经下部进液孔进入三轴压力室内，当三轴压力室内的传压介质的液面超过中部进液孔时，进入透明耐压毛细管内，当充满整个耐压毛细管时，关闭Ⅱ号控制阀；

(4)继续使传压介质进入压力室内，当传压介质从三轴压力室上部的可控放气孔溢出时，停止输送装置，此时，关闭可控放气孔；

(5)将高压气体经高压气泵压入高压气体稳压容器内，同时打开Ⅱ号控制阀，待透明耐压毛细管内的传压介质与气体的界面移动至Ⅱ号控制阀附近时，关闭Ⅱ号控制阀，同时停止高压气泵；

(6)按照试验方案，将轴向载荷和三轴压力室内的传压介质的压力交替加至设定值P₀；

(7)启动高压气泵，将高压气体压入高压气体稳压容器内，直至高压气体稳压容器内的气体压力达到P₀时，停止高压气泵，此时，Ⅱ号控制阀两边的透明耐压毛细管内的介质压力均为P₀；

(8)打开Ⅱ号控制阀，气液界面自动移动并逐渐稳定；

(9)待气液界面稳定后，记下此时的位置L₀，然后按照试验方案，保持围压不变，逐步施加轴向载荷，此时，岩石试样径向变形，将挤压传压介质致使透明耐压毛细管内的气液界面移动至新的位置L₁；

(10)根据透明耐压毛细管内截面S，按公式：V＝S·(L₁-L₀)计算岩石试样径向变形产生的传压介质体积的变化量V，然后由岩石试样初始直径d₀、初始高度h₀、高度变化量Δh(即试样轴向变形量)，即可按公式：