[發明專利]真三軸剪切試驗過程巖石變形信息精確測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202110556234.4
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113281193B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 趙駿;馮夏庭;楊成祥;江夢飛
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/06
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 尚云飛

1.一種真三軸剪切試驗過程巖石變形信息精確測量裝置，其特征在于，包括：

支撐平臺；

變形定位單元，所述變形定位單元包括設置于支撐平臺四個對角處的橫向第一變形定位板、橫向第二變形定位板、橫向第三變形定位板和橫向第四變形定位板，以及沿著巖樣切向方向設置的法向第一變形定位板和法向第二變形定位板；

剪切盒，所述剪切盒包括設置于巖樣切向的剪切第一加載板、剪切第二加載板、剪切第三加載板和剪切第四加載板，設置于巖樣側向的側向第一加載板、側向第二加載板、側向第三加載板和側向第四加載板，以及設置于巖樣法向的法向上加載板；

切向變形測量單元，所述切向變形測量單元包括設置于巖樣切向的切向第一位移傳感器單元、切向第二位移傳感器單元、切向第三位移傳感器單元和切向第四位移傳感器單元；所述切向第一位移傳感器單元布置在剪切第一加載板上，所述切向第二位移傳感器單元布置在剪切第二加載板上，所述切向第三位移傳感器單元布置在剪切第三加載板上，所述切向第四位移傳感器單元布置在剪切第四加載板上；

側向變形測量單元，所述側向變形測量單元包括設置于巖樣側向的側向第一位移傳感器單元、側向第二位移傳感器單元、側向第三位移傳感器單元和側向第四位移傳感器單元；所述側向第一位移傳感器單元布置在側向第一加載板上，所述側向第二位移傳感器單元布置在側向第二加載板上，所述側向第三位移傳感器單元布置在側向第三加載板上，所述側向第四位移傳感器單元布置在側向第四加載板上；以及

法向變形測量單元，所述法向變形測量單元包括設置于巖樣法向的法向第一位移傳感器單元和法向第二位移傳感器單元；所述法向第一位移傳感器單元布置在法向上加載板前端面上，所述法向第二位移傳感器單元布置在法向上加載板后端面上。

2.根據權利要求1所述的真三軸剪切試驗過程巖石變形信息精確測量裝置，其特征在于，所述切向第一位移傳感器單元、切向第二位移傳感器單元、切向第三位移傳感器單元和切向第四位移傳感器單元均分別包括變形基準滑塊和位移傳感器，4個變形基準滑塊分別設置于剪切第一加載板、剪切第二加載板、剪切第三加載板和剪切第四加載板上，4個位移傳感器分別設置于橫向第一變形定位板和橫向第二變形定位板上，并且每個位移傳感器均與對應變形基準滑塊垂直正交接觸。

3.根據權利要求1所述的真三軸剪切試驗過程巖石變形信息精確測量裝置，其特征在于，所述側向第一位移傳感器單元、側向第二位移傳感器單元、側向第三位移傳感器單元和側向第四位移傳感器單元均分別包括變形基準滑塊和位移傳感器，4個變形基準滑塊分別固定在側向第一加載板、側向第二加載板、側向第三加載板和側向第四加載板上，4個位移傳感器分別設置于橫向第二變形定位板和橫向第三變形定位板上，并且每個位移傳感器均與對應變形基準滑塊垂直正交接觸。

4.根據權利要求1所述的真三軸剪切試驗過程巖石變形信息精確測量裝置，其特征在于，所述法向第一位移傳感器單元和法向第二位移傳感器單元均包括位移傳感器和傳感器固定底座，位移傳感器通過傳感器固定底座固定在法向上加載板前端面或者后端面上。

5.根據權利要求1所述的真三軸剪切試驗過程巖石變形信息精確測量裝置，其特征在于，所述法向第一變形定位板固定在橫向第一變形定位板和橫向第二變形定位板的上端面，所述法向第二變形定位板固定在橫向第三變形定位板和橫向第四變形定位板上端面。

6.一種真三軸剪切試驗過程巖石變形信息精確測量方法，采用權利要求1所述的真三軸剪切試驗過程巖石變形信息精確測量裝置，其特征在于，包括如下步驟：

S1、計算巖樣的切向壓縮變形量ε_切向，巖樣的切向壓縮變形量ε_切向包括巖樣切向上部分的壓縮變形量ε_{切向上部分}、巖樣切向下部分的壓縮變形量ε_{切向下部分}以及巖樣切向上部分和下部分的相對剪切位移量L_{切向相對剪切位移}；

S1.1、計算巖樣切向上部分的壓縮變形量ε_{切向上部分}：

通過切向第一位移傳感器單元的位移傳感器得到巖樣上部分的左邊界相對位移量，通過切向第四位移傳感器單元的位移傳感器得到巖樣上部分的右邊界相對位移量，計算得到剪切試驗后巖樣切向上部分的壓縮變形量ε_{切向上部分}：

S1.2、計算巖樣切向下部分的壓縮變形量ε_{切向下部分}：

通過切向第二位移傳感器單元的位移傳感器得到巖樣下部分的左邊界相對位移量，通過切向第三位移傳感器單元的位移傳感器得到巖樣下部分的右邊界相對位移量，計算得到剪切試驗后巖樣切向下部分的壓縮變形量ε_{切向下部分}：

S1.3、計算巖樣切向上部分和下部分的相對剪切位移量L_{切向相對剪切位移}：

L_{切向相對剪切位移}＝巖樣上部分的右邊界相對位移量-巖樣下部分的左邊界相對位移量；

S2、計算巖樣的側向壓縮變形量ε_側向，巖樣的側向壓縮變形量ε_側向包括巖樣側向上部分的壓縮變形量ε_{側向上部分}、巖樣側向下部分的壓縮變形量ε_{側向下部分}以及巖樣側向上部分和下部分的相對剪切位移量L_{側向相對剪切位移}；

S2.1、計算巖樣側向上部分的壓縮變形量ε_{側向上部分}：

通過側向第二位移傳感器單元的位移傳感器得到巖樣上部分的前邊界相對位移量，通過側向第四位移傳感器單元的位移傳感器得到巖樣上部分的后邊界相對位移量，計算得到剪切試驗后巖樣側向上部分的壓縮變形量ε_{側向上部分}：

S2.2、計算巖樣側向下部分的壓縮變形量ε_{側向下部分}：

通過側向第一位移傳感器單元的位移傳感器得到巖樣下部分的前邊界相對位移量，通過側向第三位移傳感器單元的位移傳感器得到巖樣下部分的后邊界相對位移量，計算得到剪切試驗后巖樣下部分的壓縮變形量ε_{側向下部分}：

S2.3、計算巖樣側向上部分和下部分的相對剪切位移量L_{側向相對剪切位移}：

L_{側向相對剪切位移}＝巖樣上部分的后邊界相對位移量-巖樣下部分的前邊界相對位移量；

S3、計算巖樣的法向膨脹變形量L_法向：

通過法向第一位移傳感器單元和法向第二位移傳感器單元的位移傳感器分別測得巖樣法向位移量，計算兩個位移量的平均值，得到巖樣的法向膨脹變形量L_法向。