[发明专利]一种高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验装置及方法

权利要求书

1.一种高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验装置，包括压力室、第一大主应力作动器、第二大主应力作动器、第一中主应力作动器、第二中主应力作动器及刚性支撑平台，所述压力室固定安装在刚性支撑平台上，所述第一大主应力作动器及第二大主应力作动器水平对称设置在压力室的左右两侧，所述第一中主应力作动器及第二中主应力作动器竖直对称设置在压力室的上下两侧；其特征在于：在所述压力室中心设置有一个水平贯通的圆柱形通孔，在圆柱形通孔的上侧、下侧、左侧及右侧压力室刚性壳体上均布有四个应力加载通孔，在圆柱形通孔内设置有圆柱形试样承载台，圆柱形试样承载台与圆柱形通孔密封配合，圆柱形试样承载台相对于圆柱形通孔具有轴向移动自由度；

在所述圆柱形试样承载台中心设置有试样承放腔，在试样承放腔的上侧、下侧、左侧及右侧圆柱形试样承载台上均布有四个刚性压头安置孔，四个刚性压头安置孔与四个应力加载通孔一一对应，在四个刚性压头安置孔内分别设置有刚性压头；在所述圆柱形试样承载台上开设有围压加载供油孔，围压加载供油孔与试样承放腔相通；所述围压加载供油孔连通有围压加载用注射泵；

所述第一大主应力作动器、第二大主应力作动器、第一中主应力作动器及第二中主应力作动器结构相同，均包括封盖、环形端盖、反力缸筒、活塞、活塞杆、密封法兰及应力加载用注射泵；所述反力缸筒固连在压力室外表面，反力缸筒与应力加载通孔的轴向中心线相重合；所述封盖固装在环形端盖中部，环形端盖固装在反力缸筒外端，所述密封法兰固装在反力缸筒内端与压力室之间，所述活塞杆一端位于反力缸筒内，活塞杆另一端穿过密封法兰并延伸至应力加载通孔内，所述活塞位于反力缸筒内并固定套装在活塞杆上，活塞与反力缸筒密封滑动配合；在所述环形端盖上开设有应力加载供油孔，所述环形端盖与活塞之间为应力加载油腔，应力加载供油孔与应力加载油腔相通；在所述反力缸筒上开设有应力卸载供油孔，活塞与密封法兰之间为应力卸载油腔，应力卸载供油孔与应力卸载油腔相通；所述应力加载供油孔及应力卸载供油孔通过电磁换向阀与应力加载用注射泵相连通；

在所述压力室的刚性壳体中内置有辅助推拉液压缸，辅助推拉液压缸与圆柱形试样承载台平行设置，辅助推拉液压缸的活塞杆延伸至压力室外部，在活塞杆端部固连有转接法兰，转接法兰与圆柱形试样承载台相固连，圆柱形试样承载台通过辅助推拉液压缸在圆柱形通孔内轴向移动。

2.根据权利要求1所述的一种高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验装置，其特征在于：在所述压力室的刚性壳体中设置有导向孔，在导向孔内设有导向杆，导向杆与辅助推拉液压缸平行设置，导向杆一端延伸至压力室外部并与转接法兰相固连。

3.根据权利要求1所述的一种高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验装置，其特征在于：在所述转接法兰相对侧的圆柱形试样承载台上安装有配重平衡杆。

4.根据权利要求1所述的一种高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验装置，其特征在于：在所述压力室内安装有加热线圈，加热线圈的温度控制精度为±0.2℃。

5.根据权利要求1所述的一种高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验装置，其特征在于：在位于所述应力加载通孔内的活塞杆端部固装有测力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验装置，其特征在于：在所述圆柱形试样承载台内安装有压力传感器。

7.根据权利要求1所述的一种高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验装置，其特征在于：在所述封盖上安装有活塞监测用LVDT位移传感器。

8.根据权利要求1所述的一种高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验装置，其特征在于：所述应力加载用注射泵及围压加载用注射泵均采用步进电机式伺服液压注射泵。

9.一种高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验方法，采用了权利要求1所述的高压真三轴硬岩恒温时效破裂试验装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：制备岩石试样；

步骤二：密封岩石试样；

步骤三：在密封后的岩石试样表面安装体变测量用LVDT位移传感器；

步骤四：启动辅助推拉液压缸，向压力室外部移动圆柱形试样承载台，直到试样承放腔位于压力室外部；

步骤五：将密封后且安装了体变测量用LVDT位移传感器的岩石试样放置到试样承放腔内；

步骤六：控制辅助推拉液压缸回缩，直到圆柱形试样承载台完全回到压力室的圆柱形通孔内；

步骤七：对第一大主应力作动器、第二大主应力作动器、第一中主应力作动器及第二中主应力作动器实施位移控制，完成岩石试样的精确对中夹紧；

步骤八：调整体变测量用LVDT位移传感器的位置及触针伸长量，使体变测量用LVDT位移传感器处于试验量程范围内；

步骤九：向压力室内充液压油；

步骤十：启动压力室内的加热线圈，将液压油调整到目标温度；

步骤十一：启动第一大主应力作动器、第二大主应力作动器、第一中主应力作动器及第二中主应力作动器的应力加载用注射泵，同时启动围压加载用注射泵，对岩石试样进行阶梯式真三轴加载；

步骤十二：在各个阶梯等级载荷下，记录并观测岩石试样的变形情况。