[发明专利]可获取脆岩峰后曲线和残留强度的真三轴实验装置及方法

权利要求书

1.一种可获取脆岩峰后曲线和残留强度的真三轴实验装置，其特征在于：包括基座、固定式高刚度反力框架、移动式高刚度反力框架、刚性加载框架、第一最大主应力加载作动器、第二最大主应力加载作动器、中间主应力加载作动器及压力室；所述固定式高刚度反力框架固定安装在基座上；所述移动式高刚度反力框架滑动安装在基座上；所述刚性加载框架位于固定式高刚度反力框架内部；所述第一最大主应力加载作动器和第二最大主应力加载作动器均安装在固定式高刚度反力框架上；所述中间主应力加载作动器安装在移动式高刚度反力框架上；所述压力室位于固定式高刚度反力框架中部，且压力室固定安装在基座上；

所述固定式高刚度反力框架包括高刚度左竖梁、高刚度右竖梁及高刚度横梁，高刚度横梁的数量为四根，四根高刚度横梁均布固连在高刚度左竖梁与高刚度右竖梁之间；所述高刚度横梁的横截面形状为方形或圆形；所述高刚度横梁与高刚度左竖梁和高刚度右竖梁之间均通过高强螺栓进行连接；所述固定式高刚度反力框架的高刚度左竖梁、高刚度右竖梁及高刚度横梁均采用合金钢锻造工艺制造；所述固定式高刚度反力框架的刚度≥12GN/m，固定式高刚度反力框架的承载力为7000kN～12000kN；

所述刚性加载框架包括刚性左竖梁、刚性右竖梁及刚性横梁，刚性横梁的数量最少为四根，刚性横梁均布固连在刚性左竖梁与刚性右竖梁之间；所述刚性横梁的横截面形状为方形或圆形；所述刚性横梁与刚性左竖梁和刚性右竖梁之间均通过高强螺栓进行连接；所述刚性加载框架的刚性左竖梁、刚性右竖梁及刚性横梁均采用合金钢制造，且合金钢的屈服强度大于800MPa；当所述刚性横梁承受的载荷力达到12000kN时，刚性横梁不发生刚性失稳和塑性变形；通过调整所述刚性横梁的数量、边长或直径，对刚性横梁的刚度进行改变；

所述第一最大主应力加载作动器水平固装在高刚度左竖梁的几何中心处，所述第二最大主应力加载作动器水平固装在高刚度右竖梁的几何中心处，第一最大主应力加载作动器与第二最大主应力加载作动器的中轴线相重合；

所述刚性加载框架放置在固定式高刚度反力框架下层的高刚度横梁上，所述第一最大主应力加载作动器的活塞杆顶靠接触在刚性加载框架的刚性左竖梁外立面，所述第二最大主应力加载作动器的活塞杆顶靠接触在刚性加载框架的刚性右竖梁外立面；在所述刚性左竖梁与高刚度横梁之间、在刚性右竖梁与高刚度横梁之间均安装有滑块导轨减摩机构；

所述移动式高刚度反力框架采用龙门式结构，在移动式高刚度反力框架的龙门立柱与基座之间安装有滑块导轨导向机构；所述中间主应力加载作动器竖直固装在移动式高刚度反力框架的龙门横梁的几何中心处；在所述移动式高刚度反力框架的龙门立柱下端设有锁止凸块，在基座上开设有锁止导向凹槽，锁止凸块位于锁止导向凹槽内，通过锁止凸块和锁止导向凹槽配合，使移动式高刚度反力框架仅具有水平直线移动自由度；所述移动式高刚度反力框架采用合金钢锻造工艺制造；所述移动式高刚度反力框架的刚度≥12GN/m，移动式高刚度反力框架的承载力为6000kN～8000kN；

在所述刚性加载框架的刚性左竖梁内立面的几何中心处固连有第一加载垫块，在第一加装垫块上同轴固连有第一力传感器，在第一力传感器上同轴固连有第一刚性压头，第一刚性压头以滑动密封方式穿入压力室内部；在所述刚性加载框架的刚性右竖梁内立面的几何中心处固连有第二加载垫块，在第二加载垫块上同轴固连有第二力传感器，在第二力传感器上同轴固连有第二刚性压头，第二刚性压头以滑动密封方式穿入压力室内部；在所述中间主应力加载作动器的活塞杆端部同轴固连有第三加载垫块，在第三加载垫块上同轴连接有第三力传感器，在第三力传感器上同轴固连有第三刚性压头，第三刚性压头以滑动密封方式穿入压力室内部；

在所述压力室内部的底板上固定设置有试样承载台，在试样承载台上方设置有送样滑车，送样滑车通过滑车导轨进行导向，在滑车导轨与压力室内部底板之间安装有导轨高度调整缸；

在所述刚性加载框架与固定式高刚度反力框架之间设置有刚性加载框架压缩微变形导向机构，刚性加载框架压缩微变形导向机构数量与高刚度横梁数量相同，刚性加载框架压缩微变形导向机构在刚性加载框架与固定式高刚度反力框架之间均布设置；所述刚性加载框架压缩微变形导向机构包括导向杆和导向筒，导向筒一端固连在固定式高刚度反力框架的高刚度右竖梁上，导向筒另一端与导向杆一端套装滑动连接配合，导向杆另一端固连在刚性加载框架的刚性左竖梁上。

2.一种可获取脆岩峰后曲线和残留强度的真三轴实验方法，采用了权利要求1所述的可获取脆岩峰后曲线和残留强度的真三轴实验装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：制备岩石试样，并对制备好的岩石试样进行密封处理，且在岩石试样的表面安装三个LVDT位移传感器，且三个LVDT位移传感器采用正交方式进行布置；

步骤二：将密封好的岩石试样放置到送样滑车上，将载有岩石试样的送样滑车推入压力室内部，且送样滑车位于试样承载台正上方，然后控制导轨高度调整缸下降，使送样滑车落在试样承载台上表面；

步骤三：以位移控制方式驱动第一最大主应力加载作动器和第二最大主应力加载作动器动作，以对刚性加载框架进行轴向加载，使刚性加载框架在轴向加载方向上产生微变形，进而使第一刚性压头和第二刚性压头进行同步轴向位移，直至完成岩石试样的精确对夹紧，消除岩石试样与第一刚性压头、第二刚性压头、刚性加载框架之间的间隙；

步骤四：以位移控制方式驱动中间主应力加载作动器动作，直至岩石试样在竖直方向上被夹紧在第三刚性压头与送样滑车及试样承载台之间，消除岩石试样与第三刚性压头之间的间隙；

步骤五：对岩石试样表面的三个LVDT位移传感器进行微调，使三个LVDT位移传感器均处于量程范围内；

步骤六：封闭压力室，向压力室内部充入液压油；

步骤七：以负荷控制方式控制围压加载泵施加最小主应力，直至最小主应力达到设定值；同时以负荷/变形控制方式控制中间主应力加载作动器施加中间主应力，直至中间主应力达到设定值；同时以负荷/变形控制方式控制第一最大主应力加载作动器和第二最大主应力加载作动器对刚性加载框架施加轴向载荷，通过刚性加载框架微变形对岩石试样施加最大主应力；同时通过三个LVDT位移传感器测量岩石试样在三个方向上的变形；

步骤八：保持最小主应力和中间主应力不变，同时最大主应力按照预设的负荷/变形控制方式和应力增量进行加载，直至岩石试样进入峰后变形阶段，并发生破坏；

步骤九：继续加载岩石试样至残留强度；

步骤十：先控制第一最大主应力加载作动器、第二最大主应力加载作动器及中间主应力加载作动器卸载，再进行围压卸载，然后排出液压油；

步骤十一：开启压力室，控制导轨高度调整缸升高，将送样滑车从试样承载台上表面顶起，然后将送样滑车移出压力室，再将破坏后的岩石试样拆除，保存实验数据。