[发明专利]一种自带加载结构的快速旋转开启型高压岩石三轴压力室

说明书

一种自带加载结构的快速旋转开启型高压岩石三轴压力室，取消了加载框架，压力室壳体与作动器壳体之间通过高强螺栓固连形成大主应力加载的反力主体，净空节省了50％，在试验能力不降低的前提下，为结构刚度进一步提升创造了条件；摒弃了上下运动的开启方式，在压力室壳体外套装有密封限位套筒，密封限位套筒可转动，在压力室壳体和密封限位套筒的筒壁上均有岩样装取孔，压力室壳体上的岩样装取孔内设有可拆卸的封堵块，实现了快速旋转的开启方式，省去了传统需要拆装高强螺栓的过程，可使岩石试样的安装和拆卸时间节省1小时，既降低了人员的劳动强度，也提高了试验效率，同时快速旋转的开启方式也避免了因液压油滴落造成的周围环境污染问题。

技术领域

本发明属于室内岩石三轴压缩试验技术领域，特别是涉及一种自带加载结构的快速旋转开启型高压岩石三轴压力室。

背景技术

岩石类地质材料不同于金属材料，其压缩强度受围压(也称侧向应力)影响显著，通常在圆柱形岩石试样周围施加一个更高的围压，该岩石试样的压缩强度就会有一定的提高，为了获得不同围压条件下岩石的压缩强度和变形等力学特性，通常采用岩石常规三轴试验机作为试验设备。

尽管深部地下岩体都不同程度的承受着三个正交方向不等的地应力，即大主应力、中主应力及小主应力，但是，出于试验机设计难易程度和试验效率方面的考虑，绝大多数的岩石力学试验中都会采用圆柱形的岩石试样，同时利用岩石常规三轴试验机开展不同围压(中主应力和小主应力相等)条件下的常规三轴压缩试验。

对于岩石常规三轴试验机来说，其主要由加载框架和压力室两部分组成，加载框架负责施加大主应力，而压力室负责施加围压，当密封好的圆柱形试样放置到压力室后，先施加等效围压以模拟不同的地层压力，然后由加载框架施加荷载，直到将岩石试样压至破坏失效。其中，压力室由上下两部分结构组成，并采用采用上下运动的开启方式，且压力室的上下两部分结构采用高强螺栓进行连接，其需要承受压力室内部高压产生的拉力，为了施加轴向的大主应力，压力室上部还需要设置一个具有密封结构的金属传力杆。最为经典的岩石常规三轴试验机包括美国的MTS Model 815型和GCTS RTR-4000型。

再有，岩石常规三轴试验机为了能够获得硬岩压缩破坏的峰后曲线，通常会参考国际岩石力学学会1999年提出的岩石单轴压缩全应力–应变曲线试验建议方法(DraftISRM Suggested Method for the complete stress–strain curve for intact rock inuniaxial compression)，该方法推荐了5MN/mm作为加载框架刚度的设计标准。

由于加载框架中部需要安置金属压力室，导致加载框架的上下净空和两个立柱之间的跨度增大，在保证加载框架刚度达到推荐值5MN/mm时，必须增加立柱的截面积，同时还需要使用高弹性模量的合金钢材料，在这样的设计方案下，将导致合金钢材料大幅增加，并使总成本提高，而且加载框架的安装和定位精度也不易保障。

另外，由于岩石常规三轴试验机的金属压力室采用上下运动的开启方式来实现岩石试样的安装和拆卸，因此需要借助扳手人工完成10～16个高强螺栓的拆装，而高强螺栓的拆装过程相当的费时费力，且每个高强螺栓的预紧力也不易保障，同时也大大降低了岩石常规三轴试验的效率。

再有，压力室在完成每次提升后，都需要花费相当长的时间等待压力室内壁的液压油滴落干净，由于液压油的粘度较大，液压油滴落干净的过程普遍需要10～20分钟，并且液压油也容易滴落到试验台或者地面上，造成周围环境的污染。

发明内容