一种岩石裸三轴压缩试验装置及试验方法

文档序号:9429790阅读:568来源:国知局
一种岩石裸三轴压缩试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用机械应力测试固体材料的强度特性技术领域,特别是涉及一种岩石 裸三轴压缩试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002] 岩石三轴压缩试验,是获取岩石力学参数的重要试验。为了给岩石环向方向上施 加围压,一般使用航空液压油加压,并且在圆柱形试样表面上穿一层衣服,即加一套热缩管 (膜)或者橡皮套,防止液压油和岩心试样直接接触。例如,申请公布号为CN 103344496 A 的中国发明专利公开了一种岩石三轴压缩-水(气)耦合装置及试验方法,参见附图1,该 装置包括轴压伺服系统、围压伺服系统、水(气)压伺服系统、数据采集系统及数据处理系 统,可开展静水压缩、三轴压缩全过程及加卸载循环下的应力一渗流耦合试验。从该附图1, 可以看出,岩心试样18的环向被橡皮套17包裹。这样液压油的压力会直接传递到紧紧包 裹在岩心上面的橡皮套17上,然后橡皮套17再传递给岩心试样18,这样的好处是高压液压 油不会渗进岩心试样18压缩过程中出现的裂缝之中,而导致岩心试样的突然崩塌。
[0003] 然而,在许多工程中,岩石的表面是与高压液体或气体直接接触的。比如,水库之 中,垂直几十米甚至上百米的水压直接跟库区岩石相接触;再者,盐穴储气库之中,高压天 然气与盐穴围岩直接接触;再如,盐穴储油库中,高压原油与盐穴围压直接相互作用。因此, 采用该岩石三轴压缩试验装置无法精确地模拟出岩心试样18近场围压的力学特性。

【发明内容】

[0004] 有鉴于此,本发明提供一种岩石裸三轴压缩试验装置及试验方法,其能够使得赤 裸的岩心试样直接接触工程流体;在试验过程中,能够避免工程流体与液压油混合,从而精 准地模拟岩心试样近场围压力学特性,为工程稳定性评价提供更加精准的服务;还能够避 免工程流体与液压油混合,也能避免崩塌散乱的试样进入液压油之中,从而更加适于实用。
[0005] 为了达到上述目的,本发明主要提供如下技术方案:
[0006] 本发明提供的岩石裸三轴压缩试验装置,应用时,其整体置于三轴室内,所述岩石 裸三轴压缩试验装置包括容器、气袋、连通管、活塞,
[0007] 所述容器内设有容腔,赤裸的岩心试样容置于所述容腔内,
[0008] 所述容器的盖板上设有第一通孔,所述活塞穿设于所述第一通孔中,所述活塞与 所述容器的盖板之间密封配合在一起,
[0009] 所述气袋通过所述连通管与所述容腔连通,
[0010] 所述气袋的容积至少为所述连通管容积的500倍。
[0011] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0012] 作为优选,所述岩石裸三轴压缩试验装置还包括下压头,所述下压头的一端固定 连接于所述岩心试样本体底部,所述下压头的另一端开设有盲孔,所述容器的底盘上设有 定位销,所述盲孔的规格与所述定位销的规格相对应,所述岩心试样本体通过所述盲孔与 所述定位销的配合容置于所述容器中。
[0013] 作为优选,所述岩石裸三轴压缩试验装置还包括上压头,所述上压头的一端固定 连接于所述岩心试样本体顶部,所述上压头的另一端用作压力承载面。
[0014] 作为优选,所述容器的盖板、底盘、侧壁分体,所述侧壁呈圆筒状,所述盖板、底盘 与所述侧壁之间密封配合。
[0015] 作为优选,所述岩石裸三轴压缩试验装置还包括上环形吸盘、下环形吸盘,所述盖 板通过所述上环形吸盘与所述侧壁顶部之间密封配合,所述底盘通过所述下环形吸盘与所 述侧壁底部之间密封配合。
[0016] 作为优选,所述岩石裸三轴压缩试验装置还包括第一密封件,所述容器的侧壁底 部开设有第二通孔,所述第一密封件可拆卸地连接于所述第二通孔。
[0017] 作为优选,所述岩石裸三轴压缩试验装置还包括第二密封件、第三密封件,所述盖 板上设有第三通孔、第四通孔,所述第三通孔用于工程流体的注入,所述第四通孔用于连接 所述连通管,
[0018] 所述第二密封件可拆卸地连接于所述第三通孔,
[0019] 所述第三密封件可拆卸地连接于所述第四通孔,所述第三密封件中心开设有第五 通孔,所述连通管通过外壁与所述第五通孔密封配合。
[0020] 作为优选,所述侧壁由透明材质制成。
[0021] 作为优选,所述连通管最外端伸出到所述容器的盖板的最外缘之外。
[0022] 作为优选,所述活塞与所述岩心试样的顶部完全接触时,所述活塞顶部与盖板之 间的距离最少为l〇cm。
[0023] 作为优选,所述岩石裸三轴压缩试验装置还包括橡皮筋,所述气袋通过所述橡皮 筋与所述连通管之间密封连接在一起。
[0024] 作为优选,所述盖板和底盘由不锈钢材质制成。
[0025] 作为优选,所述侧壁由有机树脂玻璃制成。
[0026] 作为优选,所述上环形吸盘和下环形吸盘分别由橡胶材质制成。
[0027] 作为优选,所述第一密封件、第二密封件、第三密封件由橡胶材质制成。
[0028] 作为优选,所述岩石裸三轴压缩试验装置还包括0型圈,所述0型圈连接于所述活 塞和所述盖板之间。
[0029] 本发明提供的岩石裸三轴压缩试验方法,基于本发明提供的岩石裸三轴压缩试验 装置而实现,所述岩石裸三轴压缩试验方法包括以下步骤:
[0030] 将岩心试样放置于所述容器中,
[0031] 压活塞,使得所述活塞与岩心试样的顶部完全接触,
[0032] 向所述容器中注满工程流体,
[0033] 将充满气体的气袋连接至所述连通管,
[0034] 将经过上述组装的装置整体置于三轴室内,
[0035] 向所述三轴室内充入液压油,
[0036] 按照现有的岩石三轴压缩试验方法继续开展试验,随着所述三轴室内的液压压力 逐渐增加,所述气袋内的气体在气袋内被逐渐压缩,使所述气袋的体积缩小,
[0037] 向所述活塞施加压力,随着所述活塞承受的压力逐渐增加,所述活塞相对于所述 容器的盖板向下移动,挤占所述容器内的工程流体,与被挤占体积相当容积的工程流体通 过所述连通管转移至所述气袋;
[0038] 实验结束后,释放所述三轴室内的液压油,所述气袋重新膨胀;
[0039] 打开所述三轴室,释放所述容器内的工程流体。
[0040] 本发明提供的岩石裸三轴压缩试验装置及试验方法在应用时,其整体置于三轴室 内,其包括容器、气袋、连通管、活塞,容器内设有容腔,赤裸的岩心试样容置于容腔内,容器 的盖板上设有第一通孔,活塞穿设于第一通孔中,活塞与容器的盖板之间密封配合在一起, 气袋通过连通管与容腔连通,气袋的容积至少为连通管容积的500倍。向三轴室充入液压 油后加压时,根据气体可压缩、液体不可压缩的性质,气袋内的气体被压缩,体积减小,根据 克拉伯龙方程PV = nRT,在n、R、T恒定的情况下,V减小则P增大,从而通过气袋内的气体 对容器中的工程流体施加作用力,由于工程流体直接接触赤裸的岩心试样,因此,相当于该 作用力直接作用在赤裸的岩心试样上,因此,能够精准地模拟岩心试样近场围压力学特性, 为工程稳定性评价提供更加精准的服务。此外,由于工程流体容置于容器的容腔内,而液压 油容置于三轴室内,容器的容腔和三轴室之间密封隔离,因此,在试验过程中,能够避免工 程流体与液压油混合。此外,由于气袋的容积至少为连通管容积的500倍,即使液压油提供 50MPa的压力,气袋内的气体依然不会被压入连通管,进而进入该容器的容腔,影响本发明 提供的岩石裸三轴压缩试验装置的结果精准性。
【附图说明】
[0041] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明 的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0042] 图1为申请公布号为CN 103344496 A的中国发明专利公开的一种岩石三轴压 缩-水(气)耦合装置的结构示意图;
[0043] 图2为本发明实施例提供的岩石裸三轴压缩试验装置的结构示意图(其中,气袋 内未充入气体,或者,气袋被三轴室内的液压油压缩成为瘪了的气袋);
[0044] 图3为本发明实施例提供的岩石裸三轴压缩试验装置中应用的岩心在加载上压 头和下压头之后的结构示意图;
[0045] 图4为本发明实施例提供的岩石裸三轴压缩试验装置中应用的容器的侧壁的结 构示意图;
[0046] 图5为图4中M
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