真三轴试验岩石试样对中加载方法与流程

本发明涉及岩石室内加载试验，尤其涉及一种真三轴试验岩石试样对中加载方法。

背景技术：

1、岩石力学实验是研究岩石各种力学特性的重要手段，是支撑岩石力学发展的基础，在研究岩石的各种力学特性的试验中，真三轴岩石试验机是常用的设备，真三轴实验机可给岩石试件施加三个方向互不相等的压应力，可以模拟岩石在地层中真实的受力状态。试验过程中，为确保真三轴试验过程中试样均匀承受荷载，需使试样的几何中心与加载系统的集合中心重合，实现二者对准的常用方法为利用手摇泵调节作动器或设置主从作动器来调节试样几何中心位置，其中，手摇泵调节作动器调节过程中是利用手动调节作动器油缸内液压油的压力的方式来调节试样的位置，手动调控过程无法准确控制压力，难以准确控制试验的位置；主从作动器调控过程，主动端作动器进行变形或应力控制，被动端作动器通过位移跟随，但由于作动器与液压缸、试样压头等之间的摩擦有可能导致误差累计或失控，进而导致试样偏心加载。

2、例如，现有技术中，申请号为cn202011495764.4，公开日期为2022年6月7日，名称为“一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法”的专利文件中提供了一种室内真三轴试验岩样位置精准对中控制方法，其通过先在待对中的试样周围同轴设置两个对称的作动器活塞，一个作为主动端和另一个作为被动端，在试验前进行辅助对中完成后进行预加载，预加载过程中主动端通过力控，被动端作动器则进行位移跟随。由于作动器各零部件及其与加载框架之间的摩擦作用，导致试样实际所承受荷载与预定荷载存在不同，且前期所述辅助对中阶段精度无法保障。

3、有鉴于此，有必要设计一种改进的真三轴试验岩石试样对中加载方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种真三轴试验岩石试样对中加载方法。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种真三轴试验岩石试样对中加载方法，包括如下步骤：

3、s1、试样预加载对中阶段：控制水平方向的左端作动器和右端作动器及竖直方向上的上端作动器和下端作动器以位移控的方式使试样运动至加载框架的中心位置，并利用设置在所述左端作动器、所述右端作动器、所述上端作动器及所述下端作动器上靠近所述试样一端设置的左端压力传感器、右端压力传感器、上端压力传感器及下端压力传感器监测压力值，当所述左端压力传感器或所述右端压力传感器监测的所述压力值达到阈值a1时，所述左端作动器和所述右端作动器停止运动；当所述上端压力传感器或所述下端压力传感器监测的所述压力值达到阈值a1时，所述上端作动器和所述下端作动器停止运动；利用固定于所述加载框架内壁的与所述左端压力传感器、所述右端压力传感器、所述上端压力传感器及所述下端压力传感器相对应的左端激光传感器、右端激光传感器、上端激光传感器及下端激光传感器，分别测定所述试样在垂直方向和水平方向与所述加载框架之间的距离；

4、其中，步骤s1包括如下步骤：

5、s11、将所述试样放置在所述下端压力传感器上后，利用所述上端激光传感器测得所述试样与所述加载框架的内壁之间的距离为l2’，利用所述下端激光传感器测得所述试样与所述加载框架的内壁之间的距离为l1’，利用所述左端激光传感器测得所述试样与所述加载框架的内壁之间的距离为l3’，利用所述右端激光传感器测得所述试样与所述加载框架的内壁之间的距离为l4’，据此确定所述试样的初始位置；

6、s12、在位移控制的方式下，利用所述下端激光传感器测得所述试样与所述加载框架的内壁之间的距离为l1，利用所述上端激光传感器测得所述试样与所述加载框架的内壁之间的距离为l2，利用所述上端激光传感器测得所述试样与所述加载框架的内壁之间的距离为l3，利用所述右端激光传感器测得所述试样与所述加载框架的内壁之间的距离为l4；

7、s2、试样加载对中阶段：预加载完成后，将所有压力传感器监测的压力值清零，开始正常加载；将水平方向上的所述左端作动器和所述右端作动器及竖直方向上的所述上端作动器和所述下端作动器中的一个作为主动端，另一个作为调整端，所述主动端和所述调整端同步进行应力控或变形控，同时控制系统监测所述上激光传感器、所述下激光传感器和所述左激光传感器、所述右激光传感器的数值，当所述试样和所述加载框架的左右两侧内壁之间的距离差或所述试样和所述加载框架内壁的上下两侧内壁之间的距离差大于阈值a2时，将所述调整端的运动方式改为位移控，调整所述试样的中心位置，直至所述试样和所述加载框架的左右两侧内壁之间的距离差或所述试样和所述加载框架内壁的上下两侧内壁之间的距离差小于所述阈值a2时，使所述调整端恢复应力控或变形控，实现所述试样的对中加载；

8、其中，步骤s2包括如下步骤：

9、s21、试样预加载结束后，清零所述上端压力传感器和所述下端压力传感器的数值，以所述上端作动器和所述下端作动器中的一个作为主动端，另一个作为调整端，试样加载阶段，以所述上端作动器和所述下端作动器均采用应力控或变形控的方式进行加载，使l1＝l2；

10、s22、试样预加载结束后，清零所述左端压力传感器和所述右端压力传感器的数值，以所述左端作动器和所述右端作动器中的一个作为主动端，另一个作为调整端，试样加载阶段，所述左端作动器和所述右端作动器均采用应力控或变形控的方式进行加载，使l3＝l4。

11、优选的，在步骤s21中，当l1≠l2时，且|l1-l2|≥a2时，将所述下端作动器或所述上端作动器的作动方式调整为位移控对所述试样的位置进行调整，使|l1-l2|≤a2。

12、优选的，在步骤s22中，当l3≠l4时，且|l3-l4|≥a2时，将所述左端作动器或所述右端作动器的作动方式调整为位移控对所述试样的位置进行调整，使|l3-l4|≤a2。

13、优选的，在步骤s1中，所述阈值a1根据样品的种类和测试环境进行设定。

14、本发明的有益效果是：

15、本发明提出的真三轴试验岩石试样对中加载方法，通过先进行试样预加载对中，再进行试样加载对中实现试样的对中加载，并根据对中加载的实际情况设定阈值，以此作为对中的评价标准；同时，在试样加载阶段使主动端和调整端先采用应力控的方式调整试样在水平方向和垂直方向上与激光传感器之间的距离相等，并在上端压力传感器与下端压力传感器的位移差或左端压力传感器与右端压力传感器的位移差大于阈值a2时，将调整端的作动方式调整为位移控，调整试样的中心位置，使上端压力传感器与下端压力传感器的位移差或左端压力传感器与右端压力传感器的位移差小于阈值a2时，使调整端的作动方式恢复应力控，直至试样与竖直方向上的两个压力传感器之间的距离相等或左端作动器和左端激光传感器的距离与右端作动器和右端激光传感器之间的距离相等。通过上述方式，在考虑真三轴试验岩石试样实际对中加载过程中存在摩擦力等致使试样偏心加载的因素下，采用多种调控方式结合的手段，使水平方向和垂直方向加载时产生的偏心加载因素互相抵消，从而有效将试样的偏心加载控制在岩石力学试验标准范围以内，实现了试样均匀加载，避免了由于试样加载过程中的局部应力集中。