[发明专利]一种围压率定试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种围压率定试验装置，其特征在于：包括围压率定舱体、设置在所述围压率定舱体内的升降部件和设置在所述围压率定舱体中心位置且供圆柱体岩芯安装的橡胶套筒部件，所述围压率定舱体为中空结构，所述围压率定舱体中设置有压力腔(15)，所述橡胶套筒部件和所述压力腔(15)同轴布设，所述橡胶套筒部件的外侧壁与所述压力腔(15)连通，所述圆柱体岩芯为带有应变计的圆柱体岩芯；

所述升降部件包括安装在所述压力腔(15)内的圆环定位板(16)，所述圆环定位板(16)套设在所述橡胶套筒部件外，所述圆环定位板(16)沿所述橡胶套筒部件高度方向升降。

2.按照权利要求1所述的一种围压率定试验装置，其特征在于：所述圆环定位板(16)上设置有调节杆(11)，所述调节杆(11)的数量为多个，多个所述调节杆(11)沿圆环定位板(16)边缘圆周方向均布；

所述围压率定舱体的顶部设置有下螺母(13)，所述下螺母(13)上设置有调节螺母(12)，所述调节杆(11)的顶端依次穿过压力腔(15)、下螺母(13)和调节螺母(12)，所述调节杆(11)的顶端伸出调节螺母(12)，所述调节螺母(12)和调节杆(11)螺纹配合连接。

3.按照权利要求1所述的一种围压率定试验装置，其特征在于：所述围压率定舱体包括底板(1)、顶板(9)和设置在底板(1)与顶板(9)之间的中间舱体(17)，所述中间舱体(17)为中空结构，所述底板(1)和顶板(9)的中心位置分别设置有供所述橡胶套筒部件安装的中心通孔；

所述压力腔(15)由中间舱体(17)、圆环定位板(16)和所述橡胶套筒部件外侧壁围设成，所述中间舱体(17)上设置有与压力腔(15)连通的注油管(4)。

4.按照权利要求3所述的一种围压率定试验装置，其特征在于：所述中间舱体(17)的底部设置有下底板(3)，所述中间舱体(17)的顶部设置有上顶板(7)，所述上顶板(7)和顶板(9)可拆卸连接，所述下底板(3)和底板(1)可拆卸连接。

5.按照权利要求3所述的一种围压率定试验装置，其特征在于：所述中间舱体(17)中上顶板(7)、顶板(9)、下底板(3)和底板(1)中设置有锁紧螺杆(5)，所述锁紧螺杆(5)的数量为多个，多个所述锁紧螺杆(5)沿中间舱体(17)的外侧壁圆周方向均布，所述锁紧螺杆(5)的底部和底板(1)的底部相齐平；

所述中间舱体(17)的外侧壁设置有供锁紧螺杆(5)嵌入的弧形凹槽(6)，所述弧形凹槽(6)的底部距离中间舱体(17)的外侧壁的间距小于锁紧螺杆(5)的直径。

6.按照权利要求1所述的一种围压率定试验装置，其特征在于：所述橡胶套筒部件内插设有柱塞棒(10)，所述柱塞棒(10)的外侧壁与所述橡胶套筒部件的内侧壁相贴合。

7.按照权利要求1所述的一种围压率定试验装置，其特征在于：所述橡胶套筒部件包括橡胶套筒(14)，所述橡胶套筒(14)的底端与所述围压率定舱体中底板(1)的底面相齐平，所述橡胶套筒(14)的顶端与所述围压率定舱体中顶板(9)的顶面相齐平，所述橡胶套筒(14)的外侧壁与所述压力腔(15)连通。

8.按照权利要求7所述的一种围压率定试验装置，其特征在于：所述橡胶套筒(14)的下部设置有下连接板(14-1)，所述橡胶套筒(14)的上部设置有上连接板(14-2)，所述下连接板(14-1)和上连接板(14-2)均为圆环板；

所述下连接板(14-1)位于中间舱体(17)的底部与底板(1)之间，所述上连接板(14-2)位于中间舱体(17)的顶部与顶板(9)之间。

9.按照权利要求8所述的一种围压率定试验装置，其特征在于：所述中间舱体(17)的底部与底板(1)之间设置有下密封圈(2)，所述中间舱体(17)的顶部与顶板(9)之间设置有上密封圈(8)，所述下密封圈(2)的内侧壁和下连接板(14-1)的外侧壁相贴合，所述上密封圈(8)的内侧壁和上连接板(14-2)的外侧壁相贴合。

10.一种利用如权利要求1所述的装置对圆柱体岩芯进行围压率定试验的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、升降部件的调节：

步骤101、在所述橡胶套筒部件中橡胶套筒(14)的底部放置圆柱支座；

步骤102、根据圆柱体岩芯的高度L，调节所述圆环定位板(16)沿橡胶套筒(14)高度方向升降，直至所述圆环定位板(16)的底部距离所述圆柱支座的顶部的间距等于圆柱体岩芯的高度L；其中，圆柱体岩芯的高度L小于橡胶套筒(14)的高度；

步骤二、圆柱体岩芯和柱塞棒的安装：

步骤201、在橡胶套筒(14)内放入圆柱体岩芯；其中，圆柱体岩芯的底部与圆柱支座的顶部相贴合，所述圆柱体岩芯是采用套孔应力解除法将空心包体应变计送入隧道探测区域而得到的含有应变计的圆柱体岩芯，所述圆柱体岩芯的截面为圆环形；

步骤202、在所述橡胶套筒(14)内插入柱塞棒(10)，直至柱塞棒(10)的底部与所述圆柱体岩芯的顶部相贴合；其中，所述柱塞棒(10)的外侧壁与橡胶套筒(14)的内侧壁相贴合；

步骤三、围压试验：

步骤301、将所述围压率定舱体上的注油管(4)与注油泵连接；

步骤302、操作注油泵工作，通过注油管(4)为压力腔(15)内通入液压油，直至压力腔(15)内的压力为1MPa，对所述圆柱体岩芯进行第一次围压率定试验；其中，对所述圆柱体岩芯进行第一次围压率定试验中压力腔(15)内的压力记作第一次围压值P₁；

步骤303、重复步骤302，直至压力腔(15)内的压力为2MPa，对所述圆柱体岩芯进行第二次围压率定试验；其中，对所述圆柱体岩芯进行第二次围压率定试验中压力腔(15)内的压力记作第二次围压值P₂；

步骤304、多次重复步骤303，得到第i次围压值P_i和第i+1次围压值P_i+1；其中，P_i+1-P_i＝1MPa；

步骤305、n次重复步骤304，得到第n次围压值P_n；其中，i和n均为正整数，n≥5，1≤i≤n；

步骤四、圆柱体岩芯的力学参数处理：

步骤401、所述圆柱体岩芯内设置有第一组应变片、第二组应变片和第三组应变片，第一组应变片、第二组应变片和第三组应变片沿圆柱体岩芯圆周方向均布，且第一组应变片、第二组应变片和第三组应变片均包括两个应变片，两个应变片分别为第一个应变片和第二个应变片，所述第一个应变片和所述圆柱体岩芯的轴线夹角为90°，第二个应变片和所述圆柱体岩芯的轴线相平行；

步骤402、在对所述圆柱体岩芯进行第i次围压率定试验的过程中，第j组应变片中第一个应变片检测到的第一应变值并记作第j组应变片中第二个应变片检测到的第二应变值并记作并将第j组应变片中第一个应变片检测到的第一应变值和第j组应变片中第二个应变片检测到的第二应变值发送至计算机；其中，j为正整数，且1≤j≤3；

步骤403、计算机根据公式得到第i次围压率定试验时圆柱体岩芯的平均周向应变值

计算机根据公式得到第i次围压率定试验时圆柱体岩芯的平均轴向应变值

步骤404、计算机根据公式得到第i次围压率定试验测量到的圆柱体岩芯的弹性模量E_i；其中，R表示圆柱体岩芯的外径，r表示圆柱体岩芯的内径；

计算机根据公式得到第i次围压率定试验测量到的圆柱体岩芯的泊松比μ_i；

步骤405、计算机将圆柱体岩芯的高度L和圆柱体岩芯的外径R的比值记作圆柱体岩芯的高径比计算机并根据公式得到圆柱体岩芯的弹性模量值计算机根据公式得到圆柱体岩芯的泊松比值

步骤406、采用计算机以圆柱体岩芯的高径比为横坐标，以圆柱体岩芯的弹性模量值为纵坐标，将不同圆柱体岩芯的高径比下的圆柱体岩芯的弹性模量值进行绘制，得到不同高径比下弹性模量曲线；

采用计算机以圆柱体岩芯的高径比为横坐标，以圆柱体岩芯的泊松比值为纵坐标，将不同圆柱体岩芯的高径比下的圆柱体岩芯的泊松比进行绘制，得到不同高径比下泊松比曲线。