岩石测试试验真三轴测试装置的制作方法

本实用新型属于岩石力学性能测试试验设备技术领域。具体地，涉及一种岩石测试试验真三轴测试装置。

背景技术：

岩石三轴试验分为真三轴、伪三轴试验，伪三轴试验通常表现为轴向刚性加载，周围柔性加载；而真三轴试验常有两种加载方式：3个方向刚性加载、2个方向刚性加载与1个方向柔性加载。

3个方向刚性加载则需要配置6个加载油缸(若为非原位加载，则只需要在空间3个方向配置3个加载油缸即可)。

2个方向刚性加载与1个方向柔性加载则需要配置4个加载油缸(若为非原位加载，则只需要在空间2个方向配置2个加载油缸即可)，另外需配置1个压力室承担柔性加载围压的反力。

如图1所示，以轴向方向作为第一主应力σ1，左右方向作为第二主应力σ2，前后方向为第三主应力σ3。其中：

σ1＝σ3+轴向加载油缸载荷；

σ2＝σ3+水平(左右)加载油缸载荷；

σ3＝σ3。

现有2刚1柔真三轴试验装置左右对称配置2个加载油缸和载荷传感器，轴向配置1个加载油缸和载荷传感器，试样下端固定作为定位基准。配置有加载油缸的3个方向上安装有活动压头，活动压头连接平衡活塞，平衡活塞贯穿压力室与载荷传感器相连，压力室上安装有平衡缸体用于抵消主应力对加载油缸的反作用力。

以上真三轴测试试验机存在的技术问题为：至少需要在2个方向上布置加载油缸，导致加载框架空间尺寸较大，制造、运输及安装成本较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：针对现有岩石测试试验真三轴测试试验机存在空间尺寸较大的问题，提供一种岩石测试试验真三轴测试装置。本装置可以依托原有岩石三轴试验机，通过将本装置装配至现有伪三轴试验机上，即可进行岩石真三轴测试试验。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种岩石测试试验真三轴测试装置，包括用于内置于压力室的水平缸体，水平缸体内部设置有用于放置试样的测试舱；

测试舱顶部设置有贯穿水平缸体的上压头，上压头顶部用于与压力室轴向加载油缸相配合，上压头底部用于与试样顶面相配合并施加轴向应力；测试舱底部设置有固定压头，固定压头顶部用于与试样底面相配合；

测试舱左右两侧设置有两个水平压头，水平压头前端用于与试样左右两侧面相配合并施加左右应力；水平压头后端与设置在水平缸体内的水平活塞相互连接，水平缸体上设置有与水平活塞后端连通的油压注入孔；

测试舱与压力室连通以在前后方向对试样施加前后应力。

本装置可以依托原有岩石三轴试验机，只要配置有轴向加载油缸和一定内径的三轴压力室，另外需配置水平左右第二主应力增压油缸，即可进行岩石真三轴测试试验。并且，还可将现有伪三轴测试装置，通过本实施例附加装置进行改进，能够实现对试样的真三轴测试试验。

作为优选方案，水平缸体由水平缸体、上端盖、下端盖、前端盖、后端盖组成，测试舱位于水平缸体中部，上端盖连接在水平缸体上部，下端盖连接在水平缸体下部，前端盖连接在水平缸体前部，后端盖连接在水平缸体后部。

作为优选方案，前端盖上设置有与试样前部相匹配的前定位头，后端盖上设置有与试样后部相匹配的后定位头。通过前后定位头将试样固定，从而对试样精准定位。

作为优选方案，前定位头或后定位头设置有两个，且前定位头位于前端盖竖直中分线上，后定位头位于后端盖竖直中分线上。本装置能够更精准地将试样定位于装置中心。

作为优选方案，下端盖底部设置有与压力室底部相匹配的下定位头。通过下定位头与压力室相匹配，从而精准定位本试验装置。

作为优选方案，下端盖上设置有与固定压头相匹配的通孔，固定压头贯穿所述通孔并与下定位头相连。本方案提供一种将装置定位于压力室的结构形式，使本试验装置与试样精准定位。

作为优选方案，还包括用于施加左右应力的增压油缸，增压油缸与油压注入孔相连。本方案通过独立的增压油缸对水平压头进行驱动。

作为优选方案，增压油缸与油压注入孔通过管道相连，所述管道上设置有油压传感器。本方案提供一种测量水平方向应力的设计形式。

作为优选方案，水平缸体内部设置有平衡缸体，水平活塞上设置有与平衡缸体相匹配的平衡活塞，平衡缸体上设置有将平衡活塞与压力室相连通的排气孔。平衡缸体内部腔体通过引入围压使平衡活塞下端面受力与上台阶受力一致，抵消对外部加载油缸的反力作用。

综上所述，由于采用了上述技术方案，相比于现有技术，本实用新型的有益效果是：

一、本装置可以依托原有岩石三轴试验机，只要配置有轴向加载油缸和一定内径的三轴压力室，另外需配置第二主应力增压油缸，即可进行岩石真三轴测试试验；

二、本装置为自平衡加载方式，控制精确，测量数据精确；

三、本装置外形尺寸小，重量轻，便于操作。

附图说明

图1是现有2刚1柔真三轴试验装置的结构示意图。

图2是实施例的结构示意图一。

图3是实施例的结构示意图二。

图4是实施例的结构示意图三。

图5是实施例与常规压力室的结构示意图。

附图中部件所对应的标记：1-上压头、2-水平压头、3-平衡缸体、4-上端盖、5-水平缸体、6-平衡活塞、7-下端盖、8-固定压头、9-高压注入孔、10-排气孔、11-试样、12-下端盖、13-前端盖、14-后端盖、15-定位机构、16-排气孔。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例公开了一种岩石测试试验真三轴测试装置，如图2-5所示，包括用于内置于压力室的水平缸体，水平缸体内部设置有用于放置试样的测试舱。本实施例是岩石真三轴及相关试验的关键必要工装。岩石测试试验真三轴测试装置为2刚性1柔性加载真三轴试验装置，可以完成真三轴压缩全应力应变及其相关试验。

如图2、5所示，在轴向方向上为第一主应力方向σ1。测试舱顶部设置有贯穿水平缸体的上压头，上压头顶部用于与压力室轴向加载油缸相配合，上压头底部用于与试样顶面相配合并施加轴向应力；测试舱底部设置有固定压头，固定压头顶部用于与试样底面相配合。

如图2、5所示，在水平(左右)方向上为第二主应力方向σ2。测试舱左右两侧设置有两个水平压头，水平压头前端用于与试样左右两侧面相配合并施加左右应力；水平压头后端与设置在水平缸体内的水平活塞相互连接，水平缸体上设置有与水平活塞后端连通的油压注入孔。在水平缸体上设置高压注入孔，连接到压力室外部一独立增压装置。

如图2、5所示，在试样前后方向上为第三主应力方向σ3。测试舱与压力室连通以在前后方向对试样施加前后应力。使试样周围的压力与压力室内部压力一致。

其中：

σ1＝σ3+轴向加载油缸载荷；

σ2＝σ3+水平加载油缸载荷；

σ3＝σ3。

如图5所示，本实施例安装于具有一定位置空间的普通压力室内，无需额外配置容腔和加载油缸，便可以测试一定尺寸大小岩石试样的真三轴特性。将现有伪三轴测试装置，通过本实施例附加装置进行改进，能够实现对试件的真三轴测试试验，具有广阔的市场前景。

本实施例所具有的技术效果：

一、本装置可以依托原有岩石三轴试验机，只要配置有轴向加载油缸和一定内径的三轴压力室，另外需配置第二主应力增压油缸，即可进行岩石真三轴测试试验；

二、本装置为自平衡加载方式，控制精确，测量数据精确；

三、本装置外形尺寸小，重量轻，便于操作。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2-5所示，本实施例的水平缸体由水平缸体、上端盖、下端盖、前端盖、后端盖组成，测试舱位于水平缸体中部，上端盖连接在水平缸体上部，下端盖连接在水平缸体下部，前端盖连接在水平缸体前部，后端盖连接在水平缸体后部。

如图2、5所示，前端盖上设置有与试样前部相匹配的前定位头，后端盖上设置有与试样后部相匹配的后定位头。前定位头或后定位头设置有两个，且前定位头位于前端盖竖直中分线上，后定位头位于后端盖竖直中分线上。定位头与端盖滑动连接，且两者之间设置有弹簧，可将试样顶紧固定。

如图2、5所示，下端盖底部设置有与压力室底部相匹配的下定位头。下端盖上设置有与固定压头相匹配的通孔，固定压头贯穿所述通孔并与下定位头相连。

针对现有的加载油缸在2个方向上的安装精度要求较高的问题，本实施例增设定位机构，保证试样中心位于装置几何中心。配置有定位机构，试样受力和变形重复性好。

实施例3

在实施例1或2的基础上，本实施例还包括用于施加左右应力的增压油缸，增压油缸与油压注入孔相连。增压油缸与油压注入孔通过管道相连，所述管道上设置有油压传感器。

实施例4

在实施例1、2或3的基础上，如图2-5所示，本实施例在水平缸体内部设置有平衡缸体，水平活塞上设置有与平衡缸体相匹配的平衡活塞，平衡缸体上设置有将平衡活塞与压力室相连通的排气孔，与压力室空气连通，使之抵消第三主应力对活塞反作用力，且水平缸体对平衡活塞施加独立于第三主应力的压力作用于试样。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。