一种新型岩石常规三轴压缩试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术新型岩石常规三轴压缩试验装置，底座上由上至下依次同轴设置第一压头、岩石试样和第二压头，岩石试样通过密封组件分别与第一压头和第二压头进行密封连接，岩石试样包括轴向受压区、环向约束区和有效力作用区，有效力作用区位于岩石试样中部，轴向受压区对称分布于有效力作用区两端，环向约束区绕轴向受压区环绕一周并与有效力作用区侧面曲面相切，第一压头和第二压头分别与有效力作用区两端的轴向受压区面面相接。本发明专利技术提供的新型岩石常规三轴压缩试验装置及试验方法，采用哑铃状岩石试样，有效消除端部效应对试验结果的影响且密封效果好，岩石试样的中部为柱体，便于安装轴向引伸计和环向引伸计，测量准确度高，实用性强，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种新型岩石常规三轴压缩试验装置及试验方法
本专利技术涉及岩石力学
，具体涉及一种用于消除岩石端部效应的新型岩石常规三轴压缩试验装置及试验方法。
技术介绍
端部效应普遍存在于室内岩石常规三轴压缩试验中，现有技术中普遍采用圆柱形岩石进行常规三轴压缩试验，轴向受压时，由于装置的金属压头和试样的弹性模量相差很大，压头和试样端部的变形量不同产生摩擦，摩擦系数与接触条件有关，致使试样端部应力分布不均，进而影响试样整体抗压强度、弹性模量等参数的测量，得到的抗压强度值比实际值大，无法直接应用于实际工程和科研中。现有技术中主要采用两种方法减小端部效应对试验结果的影响：1、减小压头与试样的接触面摩擦系数，如在接触面涂抹润滑剂、放置光滑垫片等方法；2、增大试样的高径比，减小端部效应对试样中部应力分布的影响。前述两种方法在一定程度上可以减小端部摩擦效应的影响，但无法完全消除，且第一种方法定量分析端部摩擦系数对结果影响的程度和稳定性具有较大难度，第二种方法对减弱端部效应影响的效果不理想。截至目前，在岩石力学试验过程中如何有效消除端部效应一直是岩石力学领域有待解决的技术难题。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的岩石力学试验端部效应难消除的问题，本专利技术提供一种新型岩石常规三轴压缩试验装置及试验方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种新型岩石常规三轴压缩试验装置，包括底座，底座上由上至下依次同轴设置第一压头、岩石试样和第二压头，岩石试样通过密封组件分别与第一压头和第二压头进行密封连接，岩石试样包括轴向受压区、环向约束区和有效力作用区，有效力作用区位于岩石试样中部，两个轴向受压区对称分布于有效力作用区的两端，每个环向约束区均绕一个轴向受压区外侧壁环绕一周并与有效力作用区侧面曲面相切，第一压头包括由上至下依次设置的上压头和第一轴向压头，第二压头包括由下至上依次设置的下压头和第二轴向压头，第一轴向压头和第二轴向压头分别与有效力作用区两端的轴向受压区面面相接。进一步的，所述上压头、第一轴向压头、下压头和第二轴向压头的中心轴线均与岩石试样的中心轴线重合。进一步的，所述岩石试样呈哑铃状结构且竖直放置于底座上，岩石试样的上端面与下端面平行，岩石试样的两端分别为轴向受压区，每个轴向受压区的外侧壁均环绕一个环向约束区，所述轴向受压区和有效力作用区均呈圆柱体结构且直径相同，所述环向约束区呈圆环状柱体结构，环向约束区内径与轴向受压区直径相同，环向约束区通过圆弧倒角曲面与有效力作用区侧面相切。进一步的，所述第一轴向压头和第二轴向压头均呈圆柱体结构且直径均与有效力作用区的直径相同，所述上压头和下压头均呈圆柱体结构且直径相同，与环向约束区相适配。进一步的，所述密封组件包括乳胶套、橡胶套、喉箍和橡胶垫，所述橡胶套设置于岩石试样与第一压头和第二压头的相接触处并通过喉箍进行紧固密封，所述橡胶垫分别套接于第一轴向压头和第二轴向压头外侧壁并分别环绕一周进行密封。进一步的，所述乳胶套和橡胶套的内径均与上压头和下压头的直径相同，橡胶套和喉箍的宽度大于第一轴向压头和第二轴向压头的高度，喉箍的宽度小于橡胶套的宽度，所述橡胶垫呈圆环状柱体结构，其内径与第一轴向压头和第二轴向压头的直径相同，其外径与上压头和下压头的直径相同。进一步的，包括以下步骤：步骤一、将岩石试样套入乳胶套内，在岩石试样的中部乳胶套预留足够长度，确保在抽出二者夹杂的空气后乳胶套与岩石试样外侧壁相贴合，橡胶垫分别套接于第一轴向压头和第二轴向压头上并分别环向一周进行密封，随后将岩石试样的下端面放置于第二压头上，乳胶套的下端口套入第二压头，橡胶套套接于岩石试样与第二压头的交接处，橡胶套的内壁与岩石试样和下压头相接，在橡胶套的外侧壁上安装并旋紧喉箍；步骤二、在岩石试样上有效力作用区的适当位置安装用于位移测量的轴向引伸计和环向引伸计；步骤三、将第一压头放置于岩石试样的上端面，乳胶套的上端口套入第一压头，随后通过小型真空泵配合细嘴吸管抽出乳胶套与岩石试样之间的夹层空气使岩石试样与乳胶套的侧壁紧密贴合，岩石试样的上下端面分别与第一压头和第二压头相贴合，有效力作用区两端的轴向受压区分别与第一轴向压头和第二轴向压头相贴合，将橡胶套套接于岩石试样与第一压头的交接处，橡胶套的内壁与岩石试样和上压头相接，在橡胶套的外侧壁上安装并旋紧喉箍，完成装样；步骤四、对轴向引伸计和环向引伸计进行参数设定，对步骤三得到的岩石试样施加围压至设定值后维持围压恒定，按照一定速率加载轴压至岩石试样被破坏，完成岩石常规三轴压缩试验。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术公开了一种新型岩石常规三轴压缩试验装置，包括底座，底座上由上至下依次同轴设置第一压头、岩石试样和第三压头，岩石试样分别通过密封组件与第一压头和第三压头进行密封连接，岩石试样包括轴向受压区、环向约束区和有效力作用区，有效力作用区位于岩石试样中部，轴向受压区对称分布于有效力作用区两端，环向约束区绕轴向受压区外侧壁环绕一周并与有效力作用区侧面曲面相切，第一压头包括由上至下依次设置的上压头和第一轴向压头，第二压头包括由下至上依次设置的下压头和第二轴向压头，第一轴向压头和第二轴向压头分别与有效力作用区两端的轴向受压区面面相接。本专利技术提供的新型岩石常规三轴压缩试验装置及试验方法，采用哑铃状岩石试样并通过密封组件密封连接第一压头和第二压头，有效地消除了端部效应对试验结果的影响且密封效果良好，岩石试样的中部为柱体，便于安装轴向引伸计和环向引伸计，乳胶套厚度小，提高了轴向、环向引伸计的测量准确度，实用性强，应用前景广阔。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的岩石试样的立体结构图；图3为本专利技术的岩石试样的区域划分图；图4为本专利技术的岩石试样与第一压头及第二压头的接触示意图；图5是本专利技术的岩石试样与第一压头及第二压头的接触剖视图；其中，1-岩石试样；1a-轴向受压区；1b-环向约束区；1c-有效力作用区；2-第一压头；2a-上压头；2b-第一轴向压头；3-第二压头；3a-下压头；3b-第二轴向压头；4-底座；5-乳胶套；6-橡胶套；7-喉箍；8-橡胶垫。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1-5所示，一种新型岩石常规三轴压缩试验装置，包括岩石试样1、第一压头2、第二压头3、底座4和密封组件，密封组件包括乳胶套5、橡胶套6、喉箍7和橡胶垫8，底座4上由上至下依次设置第一压头2、岩石试样1和第二压头3，岩石试样1分别通过密封组件与第一压头2和第三压头3进行密封连接，使岩石试样1与液压油隔离，具有良好的密封性，第一压头2、岩石试样1和第二压头3的中心轴线在同一直线上，岩石试样1呈哑铃状结构且竖直放置于底座4上，岩石试样1的上端面和下端面均与水平面平行，岩石试样1包括轴向受压区1a、环向约束区1b和有效力作用区1c，轴向受压区1a和有效力作用区1c均呈圆柱体结构且直径相同，有效力作用区1c为岩石常规三轴压缩试验测量的主体，位于岩石试样1中部，岩石试样1的两端为轴向受压区1a，两个轴向受压区1a对称分布于有效力作用区1c的两端，每个轴向受压区1a上均环绕一个环向约束区1b，环向约束区1b呈圆环状柱体结构，环向约束区1b绕轴向受压区1a外侧壁环绕一周，环向约束区1b的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型岩石常规三轴压缩试验装置，包括底座（4），其特征在于，所述底座（4）上由上至下依次同轴设置第一压头（2）、岩石试样（1）和第二压头（3），所述岩石试样（1）通过密封组件分别与第一压头（2）和第二压头（3）进行密封连接，岩石试样（1）包括轴向受压区（1a）、环向约束区（1b）和有效力作用区（1c），有效力作用区（1c）位于岩石试样（1）中部，两个轴向受压区（1a）对称分布于有效力作用区（1c）的两端，环向约束区（1b）绕轴向受压区（1a）外侧壁环绕一周并与有效力作用区（1c）侧面曲面相切，第一压头（2）包括由上至下依次设置的上压头（2a）和第一轴向压头（2b），第二压头（3）包括由下至上依次设置的下压头（3a）和第二轴向压头（3b），第一轴向压头（2b）和第二轴向压头（3b）分别与有效力作用区（1c）两端的轴向受压区（1a）面面相接。

【技术特征摘要】
1.一种新型岩石常规三轴压缩试验装置，包括底座（4），其特征在于，所述底座（4）上由上至下依次同轴设置第一压头（2）、岩石试样（1）和第二压头（3），所述岩石试样（1）通过密封组件分别与第一压头（2）和第二压头（3）进行密封连接，岩石试样（1）包括轴向受压区（1a）、环向约束区（1b）和有效力作用区（1c），有效力作用区（1c）位于岩石试样（1）中部，两个轴向受压区（1a）对称分布于有效力作用区（1c）的两端，环向约束区（1b）绕轴向受压区（1a）外侧壁环绕一周并与有效力作用区（1c）侧面曲面相切，第一压头（2）包括由上至下依次设置的上压头（2a）和第一轴向压头（2b），第二压头（3）包括由下至上依次设置的下压头（3a）和第二轴向压头（3b），第一轴向压头（2b）和第二轴向压头（3b）分别与有效力作用区（1c）两端的轴向受压区（1a）面面相接。2.根据权利要求1所述的一种新型岩石常规三轴压缩试验装置，其特征在于，所述上压头（2a）、第一轴向压头（2b）、下压头（3a）和第二轴向压头（3b）的中心轴线均与岩石试样（1）的中心轴线重合。3.根据权利要求1所述的一种新型岩石常规三轴压缩试验装置，其特征在于，所述岩石试样（1）呈哑铃状结构且竖直放置于底座（4）上，岩石试样（1）的上端面与下端面平行，岩石试样（1）的两端分别为轴向受压区（1a），每个轴向受压区（1a）的外侧壁上均环绕一个环向约束区（1b），所述轴向受压区（1a）和有效力作用区（1c）均呈圆柱体结构且直径相同，所述环向约束区（1b）呈圆环状柱体结构，环向约束区（1b）内径与轴向受压区（1a）直径相同，环向约束区（1b）通过圆弧倒角曲面与有效力作用区（1c）侧面曲面相切。4.根据权利要求1所述的一种新型岩石常规三轴压缩试验装置，其特征在于，所述第一轴向压头（2b）和第二轴向压头（3b）均呈圆柱体结构且直径均与有效力作用区（1c）的直径相同，所述上压头（2a）和下压头（3a）均呈圆柱体结构且直径相同，与环向约束区（1b）相适配。5.根据权利要求1所述的一种新型岩石常规三轴压缩试验装置，其特征在于，所述密封组件包括乳胶套（5）、橡胶套（6）、喉箍（7）和橡胶垫（8），所述橡胶套（6）分别设置于岩石试样（1）与第一压头（2）和第二压头（3）的相接触处并通过喉箍（7）进行紧固密封，所述橡胶垫（8）分别套接...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱其志，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32