[发明专利]一种简易的岩石三轴压缩试验仪器

说明书

本发明公开了一种简易的岩石三轴压缩试验仪器。包括三轴压力室、三轴压力加载装置、加载控制及数据采集系统，其特征在于：所述的三轴压力室包括压力室支架、液压筒体、上下顶杆、活塞部件、胶套，其中上顶杆通过固定板与轴向位移传感器相连；所述的三轴压力加载装置包括柜机操作面板、压力传感器、径向位移传感器、施加轴压的活塞泵和施加围压的柱塞泵，试验中采用电液伺服控制；所述的加载控制及数据采集系统可实时采集、存储、处理试验数据并显示多条试验曲线，计算机控制可部分替代加载装置操作面板的按钮功能。本发明仪器小巧灵活，岩心样品装卸操作简单，大大缩短了试验时间，且仪器成本较低，可应用于大量的基础试验研究；将声发射探头吸附于下顶杆上，可同时进行岩石三轴压缩条件下的声发射试验。

技术领域

本发明属于岩石力学技术领域，具体的，涉及一种简易的岩石三轴压缩试验仪器。

背景技术

岩石的物理力学性质是油气田工程、隧道工程、水利水电工程以及采矿工程等领域的研究重点之一，岩石三轴试验是研究岩石物理力学性质的重要手段，不仅可以得到弹性模量、泊松比、峰值强度、内聚力和内摩擦角等基本力学参数，还可利用全应力-应变曲线进行能量分析和可压性分析等。

三轴试验机在近200年的发展过程中主要有两大进步，一是刚性试验机的诞生，二是反馈伺服控制的实现。从1935年Speath在对铸铁做压力试验时发现由于试验机的刚度小于铸铁的刚度而导致试验结果发生偏差，直到1970年Wawersick和Fairharst利用刚性试验机获得了岩石完整的应力-应变曲线。随着科学技术的发展，到上世纪80年代初，刚性试验机的加载控制实现了电液伺服控制，即试验过程中应力、应变等可以通过反馈电信号来自动控制。

我国最早的岩石三轴试验机为上世纪50年代生产的长江-500型岩石三轴应力试验机，其设备装置及测量记录技术等与国外相比都较为落后。到上世纪80年代随着我国工程规模和科研技术的发展需要，开始从国外进口先进的岩石三轴试验设备，主要有美国的MTS公司、日本的谷腾株式会社以及德国的申克公司等。近些年来，我们国家的岩石三轴试验设备走上了一条国外进口和自我研制相结合的道路，总体发展趋势是功能越来越多，控制精度越来越高。

郝庆泽和程远方在文《岩石三轴全伺服压力试验机》(郝庆泽,程远方.岩石三轴全伺服压力试验机[J].试验技术与试验机,2000,40(1、2):63-65.)中介绍了将一台1000KN四柱式压力试验机升级改造，改造后的试验机可进行轴向压力控制、轴向位移控制、轴向变形控制，并且这三种控制方式可以平滑切换，其改造费用与同水平的进口试验机的价格相比有较大优势，但也达到了70万元人民币。

李广平和王玉玲等在文《岩石三轴强度试验》(李广平,王玉玲,蔡玉贞.岩石三轴强度试验[J].岩矿测试,2005,24(1):75-78.)中介绍了利用现有的万能材料试验机，通过自制三轴压力室和配备液压泵组成岩石三轴试验系统，但其围压上限仅为50MPa，且其三轴压力室的结构构造限制了进行声发射试验的条件。

赵阳升和万志军等在文《20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机的研制》(赵阳升,万志军等.20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机的研制[J].岩石力学与工程学报,2008,27(1):1-8.)中介绍了研制的试验机主要由主机加载系统、高温三轴压力室及温控系统、辅机装料系统以及测试系统4个部分组成，该试验机功能较多，考虑了高温高压等实际地下因素，但其设备体积庞大，成本较高，试验操作时间较长。

目前，岩石三轴压缩试验的位移测量技术主要包括应变片测量、位移传感器测量和数字图像测量等。应变片测量技术，试验准备时间较长，操作技术要求较高，受高温高压因素影响较大；位移传感器测量技术，精度较高，但对设备构造安装要求也较高，尤其径向位移的测量难度更大；数字图像测量技术，实现了变形过程的非接触直接测量，但受三轴压力室侧壁材料属性的限制，此项技术只适用于泥质岩这类强度较弱的岩石。

发明内容

为解决现有技术中的一些问题，本发明提供了一种简易的岩石三轴压缩试验仪器。