[发明专利]一种岩石真三轴压缩试验装置

说明书

本发明涉及一种岩石真三轴压缩试验装置，其装置包括外壳、垂向主应力σ₁加载系统、水平主应力σ₂及σ₃加载系统；其中，所述水平主σ₂及σ₃加载系统主要由水平压力室、第一级弹性材料、第二级弹性材料组成；第一级弹性材料由弹性模量为100GPa至200GPa的材料制造，第二级弹性材料由弹性模量为10GPa至50GPa的材料制造，其由四块两种不同弹性模量的材料组成，每块材料对应圆心角为90度，对称的两块材料弹性模量相等，相邻的两块材料弹性模量不等；由于这种特殊结构，该装置可以对圆柱状岩心试样施加不均等的水平主应力，使试验条件更接近与地层真实情况，试验结果更可靠。

技术领域

本发明涉及岩石力学领域，特别涉及一种岩石真三轴压缩试验装置。

背景技术

在天然条件下，岩石在地层条件下受到复杂的三维地应力的作用，对岩石的变形、破坏具有重要影响。在原地应力(垂向主应力σ₁、水平主应力σ₂和水平主应力σ₃)的作用下，岩石可能会发生压缩破坏、剪切破坏等，对钻井、压裂等工程问题影响重大。所以，研究岩石在原地应力下的变形情况，确定岩石的抗压强度、抗剪强度等，就具有特别重要的意义。

目前，岩石的三轴抗压强度和抗剪强度主要是通过三轴压缩试验来确定的。三轴压缩试验采用三轴压力仪对圆柱形试件进行侧向加压，其方法是：首先在整个圆柱体周围施加侧向压力(σ₂＝σ₃＝P)；其次，在侧向压力保持为常数时，施加轴向载荷，直至试件破坏，得到破坏时的最大和最小主应力σ₁和σ₃，从而得到岩样破坏时的应力圆；然后采用相同的岩样，改变侧向压力σ₃，施加轴向压力至试件破坏，得到一个不同的应力圆；重复以上步骤，绘出这些应力圆的包络线，即可求得岩石的抗剪强度线。

然而，常规的三轴压缩试验有一明显的缺陷，那就是试验过程中，试验仪器所施加的围压(即水平主应力σ₂和σ₃)是均等的，两个方向的水平主应力是一致的，这与实际地层岩石受地应力的情况有较大差异。实际地层岩石受到的水平主应力σ₂和水平主应力σ₃是不相等的，这就造成了试验的误差，为后续工作如钻井、压裂带来了不确定性因素。

申请号为200910061010.5的发明专利公布了一种自平衡岩石全端面真三轴压缩试验装置，其发明可以施加不同的围压σ₂和σ₃，但是其岩石试样形状要求是长方体，这必然会导致应力集中等附加影响，导致与地层实际情况差异较大。

因此，本发明设计了一种岩石真三轴压缩试验装置，保证了在圆柱形岩石三轴压缩试验过程中，岩石受到的水平主应力σ₂和水平主应力σ₃不相等，使试验结果更加接近实际情况。

发明内容