[發明專利]一種新型巖石常規三軸壓縮試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201710499384.X
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107132127B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 朱其志
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明新型巖石常規三軸壓縮試驗裝置，底座上由上至下依次同軸設置第一壓頭、巖石試樣和第二壓頭，巖石試樣通過密封組件分別與第一壓頭和第二壓頭進行密封連接，巖石試樣包括軸向受壓區、環向約束區和有效力作用區，有效力作用區位于巖石試樣中部，軸向受壓區對稱分布于有效力作用區兩端，環向約束區繞軸向受壓區環繞一周并與有效力作用區側面曲面相切，第一壓頭和第二壓頭分別與有效力作用區兩端的軸向受壓區面面相接。本發明提供的新型巖石常規三軸壓縮試驗裝置及試驗方法，采用啞鈴狀巖石試樣，有效消除端部效應對試驗結果的影響且密封效果好，巖石試樣的中部為柱體，便于安裝軸向引伸計和環向引伸計，測量準確度高，實用性強，應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及巖石力學技術領域，具體涉及一種用于消除巖石端部效應的新型巖石常規三軸壓縮試驗裝置及試驗方法。

背景技術

端部效應普遍存在于室內巖石常規三軸壓縮試驗中，現有技術中普遍采用圓柱形巖石進行常規三軸壓縮試驗，軸向受壓時，由于裝置的金屬壓頭和試樣的彈性模量相差很大，壓頭和試樣端部的變形量不同產生摩擦，摩擦系數與接觸條件有關，致使試樣端部應力分布不均，進而影響試樣整體抗壓強度、彈性模量等參數的測量，得到的抗壓強度值比實際值大，無法直接應用于實際工程和科研中。

現有技術中主要采用兩種方法減小端部效應對試驗結果的影響：1、減小壓頭與試樣的接觸面摩擦系數，如在接觸面涂抹潤滑劑、放置光滑墊片等方法；2、增大試樣的高徑比，減小端部效應對試樣中部應力分布的影響。前述兩種方法在一定程度上可以減小端部摩擦效應的影響，但無法完全消除，且第一種方法定量分析端部摩擦系數對結果影響的程度和穩定性具有較大難度，第二種方法對減弱端部效應影響的效果不理想。截至目前，在巖石力學試驗過程中如何有效消除端部效應一直是巖石力學領域有待解決的技術難題。

發明內容

為解決現有技術中存在的巖石力學試驗端部效應難消除的問題，本發明提供一種新型巖石常規三軸壓縮試驗裝置及試驗方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種新型巖石常規三軸壓縮試驗裝置，包括底座，底座上由上至下依次同軸設置第一壓頭、巖石試樣和第二壓頭，巖石試樣通過密封組件分別與第一壓頭和第二壓頭進行密封連接，巖石試樣包括軸向受壓區、環向約束區和有效力作用區，有效力作用區位于巖石試樣中部，兩個軸向受壓區對稱分布于有效力作用區的兩端，每個環向約束區均繞一個軸向受壓區外側壁環繞一周并與有效力作用區側面曲面相切，第一壓頭包括由上至下依次設置的上壓頭和第一軸向壓頭，第二壓頭包括由下至上依次設置的下壓頭和第二軸向壓頭，第一軸向壓頭和第二軸向壓頭分別與有效力作用區兩端的軸向受壓區面面相接。

進一步的，所述上壓頭、第一軸向壓頭、下壓頭和第二軸向壓頭的中心軸線均與巖石試樣的中心軸線重合。

進一步的，所述巖石試樣呈啞鈴狀結構且豎直放置于底座上，巖石試樣的上端面與下端面平行，巖石試樣的兩端分別為軸向受壓區，每個軸向受壓區的外側壁均環繞一個環向約束區，所述軸向受壓區和有效力作用區均呈圓柱體結構且直徑相同，所述環向約束區呈圓環狀柱體結構，環向約束區內徑與軸向受壓區直徑相同，環向約束區通過圓弧倒角曲面與有效力作用區側面相切。

進一步的，所述第一軸向壓頭和第二軸向壓頭均呈圓柱體結構且直徑均與有效力作用區的直徑相同，所述上壓頭和下壓頭均呈圓柱體結構且直徑相同，與環向約束區相適配。

進一步的，所述密封組件包括乳膠套、橡膠套、喉箍和橡膠墊，所述橡膠套設置于巖石試樣與第一壓頭和第二壓頭的相接觸處并通過喉箍進行緊固密封，所述橡膠墊分別套接于第一軸向壓頭和第二軸向壓頭外側壁并分別環繞一周進行密封。

進一步的，所述乳膠套和橡膠套的內徑均與上壓頭和下壓頭的直徑相同，橡膠套和喉箍的寬度大于第一軸向壓頭和第二軸向壓頭的高度，喉箍的寬度小于橡膠套的寬度，所述橡膠墊呈圓環狀柱體結構，其內徑與第一軸向壓頭和第二軸向壓頭的直徑相同，其外徑與上壓頭和下壓頭的直徑相同。