[实用新型]一种改进型的岩石三轴压缩试验的组合模具

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种岩石三轴压缩仪，具体涉及一种改进型的岩石三轴压缩仪的组合模具，适用于矿山、水利、资源与环境等领域中岩石室内剪切试验。

背景技术

我国深部矿产资源开采、高陡边坡稳定性分析、水利水电资源开发以及核废料处置，均普遍涉及复杂环境下围岩变形稳定问题，岩石抗剪强度、抗剪强度参数是进行围岩变形数值模拟和稳定性分析的前提和基础。岩石室内剪切试验是获取抗剪强度及其相关参数的重要手段，目前对于岩石抗剪强度的试验方法有直剪试验、倾斜压模剪切法和三轴压缩试验等。

岩石直剪试验装置和试验方法比较简单，能得到岩石在单向围压作用下抗剪强度，然后根据摩尔理论可以得到岩石的内摩擦角和内聚力。但是在直剪试验过程中存在很多难以克服的不足，严重影响了试验结果的真实性与准确性。例如，在直剪试验过程中，随着剪切荷载的增加，试样上的法向应力很难稳定，试样的实际试验环境与模型存在一定的差距；试样在直剪仪中只能沿着既定的滑面发生破坏，而真正决定岩石破坏面位置和破坏强度大小的是试样内部的缺陷，因此直剪试验限制了岩石的自由破坏；当直剪试验法向应力较大时，容易出现磨框现象，使得试验值较真实值偏大。

倾斜压模剪切法是通过改变加载力与试件之间的夹角，改变岩石试样的正应力和剪应力大小，从而得到岩石的剪切破坏强度和强度参数，该方法可以克服直剪试验中磨框现象和法向应力不稳的问题，然而由于岩石试样与倾斜压模之间的刚度不同，导致在试验过程中，试样与压模之间产生了较大的摩擦力，改变了试样内部的应力状态，影响了测试结果的可靠性。

三轴压缩试验通过改变围压条件得到岩石的三维抗压强度，然后根据摩尔库伦准则绘制岩石破坏包络线，对包络线进行线性回归得到试样的抗剪强度参数，该试验方法克服了诸多不利因素，因此得到的数据相对可靠。但是该方法属于间接测量方法，也并未考虑压头的变形情况。

发明内容

本实用新型的目的，就是为了针对现有岩石三轴压缩仪及三轴压缩试验存在的上述问题，提出一种改进型的岩石三轴压缩试验的组合模具，使三轴试验仪可以直接测量岩石的抗剪强度。

为实现本实用新型的上述目的，本实用新型一种改进型的岩石三轴压缩试验的组合模具采用以下技术方案：

本实用新型一种改进型的岩石三轴压缩试验的组合模具，包括千斤顶压头、一对圆柱形垫板、用于安装岩石试样的压力室，所述的千斤顶压头的下部形状、尺寸与压力室的圆柱型内腔相匹配，所述的一对圆柱形垫板的形状、尺寸也与压力室的圆柱型内腔相匹配。其特点是：它还含有一对刚性半圆柱垫板、一对柔性半圆柱垫板，所述的一对刚性半圆柱垫板、一对柔性半圆柱垫板的高度、直径相等。

所述的一对刚性半圆柱垫板、一对柔性半圆柱垫板的高度、直径与所述的一对圆柱形垫板的高度、直径相等为佳。

上述圆柱形垫板可选择弹性模量210MPa的合金钢，上述柔性半圆柱垫板可选择弹性模量105MPa的铝青铜。当然，也可以选择其他弹性模量不同的其他金属材料，只要二者的弹性模量不同就可。

该组合模具及岩石试样的安装方法为：

1）将一块圆柱形垫板安放到到压力室的底部；

2）将一块刚性半圆柱垫板、一块柔性半圆柱垫板组合成下部圆柱型配合体安放到1）步骤所述圆柱形垫板的上面

3）将岩石试样安放到2）步奏所述下部圆柱型配合体的上面；

4）再将另一块刚性半圆柱垫板、另一块柔性半圆柱垫板构成的上部圆柱型配合体安放到岩石试样的上面，接着将另一块圆柱形垫板安放到所述上部圆柱型配合体的上面；

所述的一块刚性半圆柱垫板位于岩石试样的左上面，另一块刚性半圆柱垫板位于岩石试样的右下面；所述的一块柔性半圆柱垫板位于岩石试样的右上面，所述的另一块柔性半圆柱垫板位于岩石试样的左下面；

5）然后将千斤顶压头的下部安放到步奏4）之另一块圆柱形垫板上面的压力室内。

本实用新型一种改进型的岩石三轴压缩试验的组合模具，由于两种模块（垫板）的刚度不同，根据材料的变形量与所受外力、自身刚度、尺寸规格之间的关系，结合试验过程中岩石与模块（垫板）的变形协调，反算岩石试样受到来自不同模块（垫板）的作用力大小，得到剪切面两侧的剪力差值，进而得到岩石的三维抗剪强度，通过绘制抗剪强度与围压的关系曲线，得到岩石的强度参数。