[发明专利]一种基于真三轴的岩石拉伸剪切试验装置及方法

权利要求书

1.一种基于真三轴的岩石拉伸剪切试验装置，其特征在于：包括试样拉伸剪切盒、法向变形测量单元、剪向变形测量单元及侧向变形测量单元；

所述试样拉伸剪切盒包括第一试样拉伸剪切块和第二试样拉伸剪切块，第一试样拉伸剪切块和第二试样拉伸剪切块结构相同，两者均采用U型结构，且其中一条U型臂作为法向应力加载臂，另一条U型臂作为试样拉伸剪切臂，在试样拉伸剪切臂内侧开设有试样安装槽；所述第一试样拉伸剪切块和第二试样拉伸剪切块的试样拉伸剪切臂互插在对方的U型口内，且两条试样拉伸剪切臂上的试样安装槽相正对，在第一试样拉伸剪切块与第二试样拉伸剪切块之间分别留有法向拉伸间隙和剪向剪切间隙；

所述法向变形测量单元包括第一连接块、传感器安装架、导向柱、直线轴承及第二连接块及法向LVDT位移传感器；所述第一连接块固连在第二试样拉伸剪切块的试样拉伸剪切臂上，传感器安装架固连在第一连接块上，在传感器安装架上开设有直线轴承安装孔和传感器安装孔，直线轴承固装在直线轴承安装孔内，导向柱穿装在直线轴承中，法向LVDT位移传感器穿装在传感器安装孔中，法向LVDT位移传感器的线圈与传感器安装架相固连，法向LVDT位移传感器的铁芯与导向柱相平行，导向柱与法向LVDT位移传感器的铁芯之间通过一根定位杆相固连，在定位杆与法向LVDT位移传感器的线圈之间铁芯上套装有复位弹簧；所述第二连接块固连在第一试样拉伸剪切块的试样拉伸剪切臂上，法向LVDT位移传感器的铁芯端部与第二连接块表面顶靠接触，且第二连接块的顶靠接触面为平面，法向LVDT位移传感器的铁芯与第二连接块的顶靠接触面相垂直，在第二连接块的顶靠接触面上设有减摩层，在法向LVDT位移传感器的铁芯端部加装有滚珠；

所述剪向变形测量单元包括传感器支座、剪向LVDT位移传感器、触针及触针支座；所述传感器支座固连在第二试样拉伸剪切块上，剪向LVDT位移传感器的线圈与传感器支座相固连；所述触针支座固连在第一试样拉伸剪切块上，触针固装在触针支座上，剪向LVDT位移传感器的铁芯端部与触针端部顶靠接触；

所述侧向变形测量单元包括第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁、第四磁铁、第一支臂、第二支臂及侧向LVDT位移传感器；所述第一磁铁固装在岩石试样前表面，第二磁铁与第一磁铁异性相吸配合；所述第三磁铁固装在岩石试样后表面，第四磁铁与第三磁铁异性相吸配合；所述第一支臂一端固连在第二磁铁上，侧向LVDT位移传感器的线圈固连在第一支臂另一端；所述第二支臂一端固连在第四磁铁上，侧向LVDT位移传感器的铁芯端部固连在第二支臂另一端。

2.一种基于真三轴的岩石拉伸剪切试验方法，采用了权利要求1所述的基于真三轴的岩石拉伸剪切试验装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：在第一试样拉伸剪切块和第二试样拉伸剪切块的试样安装槽5内表面涂抹粘结剂，再将一块标准岩石试样缓慢放入试样安装槽内，保证试样安装槽内的粘结剂被均匀挤出，使试样安装槽与岩石试样之间的缝隙完全被粘结剂填满；

步骤二：在岩石试样的自由面上涂抹耐油硅胶进行密封，完成涂胶密封后的岩石试样与试样拉伸剪切盒构成密封组合件，然后将密封组合件送入烘干箱内进行烘干，直至耐油硅胶完全固化；

步骤三：将烘干后的密封组合件取出，再分别将法向变形测量单元、剪向变形测量单元及侧向变形测量单元安装到试样拉伸剪切盒上；

步骤四：将安装有法向变形测量单元、剪向变形测量单元及侧向变形测量单元的密封组合件送入真三轴试验机的压力室内，同时在试样拉伸剪切盒的上下左右端面加装上滚动轴承，通过滚动轴承减小真三轴试验机加装活塞对试样拉伸剪切盒的摩擦影响，然后依次将法向LVDT位移传感器、剪向LVDT位移传感器及侧向LVDT位移传感器的数据传输线与压力室内的对应数据端口相连接，压力室内的对应数据端口与数据采集器相连接，数据采集器与主控计算机相连接；

步骤五：启动主控计算机，查看法向LVDT位移传感器、剪向LVDT位移传感器及侧向LVDT位移传感器的信号是否接受正常，微调法向LVDT位移传感器、剪向LVDT位移传感器及侧向LVDT位移传感器的位置，使法向LVDT位移传感器、剪向LVDT位移传感器及侧向LVDT位移传感器均处于试验量程范围内，且法向LVDT位移传感器、剪向LVDT位移传感器及侧向LVDT位移传感器的测量误差均在±0.1％以内；

步骤六：封闭压力室，首先通过充油加压完成侧向应力的加载，然后进行法向应力的加载，最后进行剪切力的加载，以在三维应力条件下模拟岩石拉伸剪切失效，并记录下试验数据。