[发明专利]一种岩样轴向变形测量方法

权利要求书

1.一种岩样轴向变形测量方法，采用岩石三轴仪/流变仪装置，其特征在于包括以下步骤：

（1）固定内置LVDT传感器及岩石试样：

固定内置LVDT传感器：上部内置LVDT传感器固定支架固定在压头上，下部内置LVDT传感器固定支架固定在底座上，上部内置LVDT传感器固定支架和下部内置LVDT传感器固定支架将内置LVDT传感器固定，该固定方式称为固定方式I；将岩石试样固定在压头和底座之间； 

（2）测量岩石试样加载时压头承受的压应力、压头和底座的弹性模量、压头和底座在测量段内的高度、LVDT传感器测量到的变形值，从而确定岩石试样的变形值；再通过岩石试样的变形值和岩石试样的高度确定消除系统变形后的轴向应变：

岩石试样的变形值计算如公式1所示：

            1

式中：

——岩石试样的变形值，单位：mm；

——LVDT传感器测量到的变形值，单位：mm；

——岩石试样加载时压头承受的压应力，单位：MPa；

——压头和底座的弹性模量，单位：GPa；

——实验条件下LVDT传感器的标距减去岩样高度，单位：mm；

消除系统变形后的轴向应变计算如公式2所示：

                            2

式中：

——岩石试样的高度，单位：mm；

——消除系统变形后的轴向应变；

（3）通过步骤（2）消除系统变形后，进一步确定试样与压头及底座之间接触面间隙引起的变形，消除接触面变形后计算轴向应变：

（a）当不使用多孔金属垫片即非渗透试验时，通过公式3确定无多孔金属垫片且单轴条件下消除系统变形和接触面变形后的轴向应变： 

                                 3

式中：

——无多孔金属垫片且单轴条件下消除系统变形和接触面变形后的轴向应变；

——无多孔金属垫片且单轴条件下试样与压头及底座之间接触面间隙变形；

其中，根据实验室数据拟合出通用公式，采用三次多项式表达误差最小，见公式4：

    4

式中拟合系数按如下方法确定：采用精密加工的直径、高度已知的圆柱体钢样，钢样表面粘贴应变片，执行应变仪和LVDT传感器同步比对测量试验；通过比对应变仪和LVDT传感器在消除系统变形后的两条应力应变曲线，曲线的偏离即为无多孔金属垫片接触面间隙变形引起的应变，将两条应力应变曲线的差值导入Excel中，采用公式4的三次多项式拟合，通过Excel软件中自带的3次多项式拟合功能得出拟合系数 的数值；

（b）当上下布置多孔金属垫片即执行渗透试验时，通过公式5确定有多孔金属垫片且单轴条件下消除系统变形和接触面变形后的轴向应变：

            5

式中：

——有多孔金属垫片且单轴条件下消除系统变形和接触面变形后的轴向应变；

——无多孔金属垫片且单轴条件下试样与压头及底座之间接触面间隙变形；

——有多孔金属垫片且单轴下试样与压头及底座之间接触面间隙变形；

其中，根据实验室数据拟合出通用公式，采用三次多项式表达误差最小，见公式6：

           6

式中拟合系数按如下方法确定：采用精密加工的直径、高度已知的圆柱体钢样，钢样表面粘贴应变片，钢样上部和下部安置多孔垫片各一个，执行应变仪和LVDT传感器同步测量验；首先将LVDT传感器测量的结果依次消除系统变形和接触面效应后得到一条包括由多孔金属垫片引起误差的应力应变曲线，该曲线和应变片测量的真实应力应变曲线出现一定的偏离，曲线的偏离在此工况下即为多孔金属垫片接触面间隙变形引起的应变，将两条应力应变曲线的差值导入Excel中，采用公式6的三次多项式拟合，通过Excel软件中自带的3次多项式拟合功能得出拟合系数的数值。

2.一种岩样轴向变形测量方法，采用岩石三轴仪/流变仪装置，其特征在于包括以下步骤：

（1）固定内置LVDT传感器及岩石试样

固定内置LVDT传感器：上部内置LVDT传感器固定支架固定在压头上，内置LVDT传感器测量金属接触柱通过螺纹连接在压力室承压座上，该固定方式称为固定方式II；将岩石试样固定在压头和底座之间； 

（2）通过LVDT传感器测量到的变形值、岩石试样加载时压头承受的压应力、压头和底座的弹性模量、上部LVDT传感器固定支架中心线到压力室承压座上表面的距离、底座高度及计算出的隐含等效标距，确定岩石试样的变形值；再通过岩石试样的变形值和岩石试样的高度确定消除系统变形后的轴向应变：

通过公式7确定岩石试样的变形值：

           7

式中：

——岩石试样的变形值，单位：mm；

——LVDT传感器测量到的变形值，单位：mm；

——岩石试样加载时压头承受的压应力，单位：MPa；

——压头和底座的弹性模量，单位：GPa；

——上部LVDT传感器固定支架中心线到压力室承压座上表面的距离，单位：mm；

——底座高度，单位：mm；

——隐含等效标距，单位：mm；

根据公式7，通过测量出LVDT传感器测量到的变形值、岩石试样加载时压头承受的压应力、压头和底座的弹性模量、上部LVDT传感器固定支架中心线到压力室承压座上表面的距离、底座高度及计算出的隐含等效标距，确定岩石试样的变形值；

消除系统变形后的轴向应变计算如公式2所示：

                            2

式中：

——岩石试样的高度，单位：mm；

——消除系统变形后的轴向应变；

其中，隐含的等效标距按如下方法计算：采用精密加工的直径、高度已知的圆柱体钢样，钢样表面粘贴应变片，执行应变仪和LVDT传感器同步对测量试验；通过设定应变仪和LVDT传感器在100MPa轴压点处的计算应变相等，计算求解的数值，此处可以忽略接触面效应影响； 

（3）通过试样与压头及底座之间接触面间隙变形确定消除系统变形和接触面变形后的轴向应变：

（a）当不使用多孔金属垫片时，通过公式3确定无多孔金属垫片且单轴条件下消除系统变形和接触面变形后的轴向应变： 

                                 3

式中：

——无多孔金属垫片且单轴条件下消除系统变形和接触面变形后的轴向应变；

——无多孔金属垫片且单轴条件下试样与压头及底座之间接触面间隙变形；

其中，根据实验室数据拟合出通用公式，采用三次多项式表达误差最小，见公式4：

   4

式中拟合系数按如下方法确定：采用精密加工的直径、高度已知的圆柱体钢样，钢样表面粘贴应变片，执行应变仪和LVDT传感器同步比对测量试验；通过比对应变仪和LVDT传感器在消除系统变形后的两条应力应变曲线，曲线的偏离即为无多孔金属垫片接触面间隙变形引起的应变，将两条应力应变曲线的差值导入Excel中，采用公式4的三次多项式拟合，通过Excel软件中自带的3次多项式拟合功能得出拟合系数 的数值；

（b）当上下布置多孔金属垫片时，通过公式5确定有多孔金属垫片且单轴条件下消除系统变形和接触面变形后的轴向应变：

            5

式中：

——有多孔金属垫片且单轴条件下消除系统变形和接触面变形后的轴向应变；

——无多孔金属垫片且单轴条件下试样与压头及底座之间接触面间隙变形；

——有多孔金属垫片且单轴下试样与压头及底座之间接触面间隙变形；

其中，根据实验室数据拟合出通用公式，采用三次多项式表达误差最小，见公式6：

           6

式中拟合参数按如下方法确定：采用精密加工的直径、高度已知的圆柱体钢样，钢样表面粘贴应变片，钢样上部和下部安置多孔垫片各一个，执行应变仪和LVDT传感器同步测量验；首先将LVDT传感器测量的结果依次消除系统变形和接触面效应后得到一条包括由多孔金属垫片引起误差的应力应变曲线，该曲线和应变片测量的真实应力应变曲线出现一定的偏离，曲线的偏离在此工况下即为多孔金属垫片接触面间隙变形引起的应变，将两条应力应变曲线的差值导入Excel中，采用公式6的三次多项式拟合，通过Excel软件中自带的3次多项式拟合功能得出拟合系数的数值。