[发明专利]一种高围压岩石力学性质试验装置及测试方法

说明书

一种高围压岩石力学性质试验装置及测试方法，该装置包括液压推力机构、岩石围压施加机构、岩石力学性质测试系统。该装置同时实现对岩样表面施加压力及位移边界条件，围压由液压缸输出的机械推力提供，轴向推力经过钢制围压施加体转换为岩样径向围压力，铝质V型夹持块经过钢质围压施加体的挤压，能将围压均匀的作用于岩石表面。相对于常规液压力施加围压方式，这种围压加载方式更符合孔底岩石原位环境，且适用于不同尺寸的圆柱体试样。该试验装置可用于围压条件下的钻进试验、岩石破碎试验、岩石力学性能测试等，且具有结构简单，操作便捷，实时数据获取的优点。

技术领域

本发明主要涉及围压状态岩石动态力学性质试验领域，具体涉及到一种 高围压岩石力学性质试验装置及测试方法。

背景技术

对岩石试样施加围压的方法主要有两种，第一种是对岩石表面施加压力 边界条件，即给岩石表面一定压力，但不限制岩石变形；第二种是对岩石表 面施加位移边界条件，即限制岩石的表面变形，从而使岩石获得被动围压。 压力边界条件一般是将岩石样品放置在密闭的压力室内，利用流体压力对试 样进行各向同性围压加载(如申请公布号CN106546488 A的发明专利《一种 围压作用下岩石拉伸试验装置及其试验方法》)，这种方式的缺陷是无法真 实模拟孔底岩石所受的刚性侧向约束。位移边界条件通常是将金属套筒套在 圆柱试样表面上，限制试样在轴向应力下产生的径向变形，从而获取被动围 压(如文献《Impact Compression Test and Numerical Simulation Analysis of Concreteafter Thermal Treatment in Complex Stress State》)，但是岩石围压选 取范围受到较大限制且需要保证岩石与套管之间没有间隙，对试样和套管的 加工精度要求过高，难以保证无间隙。真三轴岩石试验装置虽然可以同时对 岩石施加压力及位移边界条件(如申请公布号CN110441171A的发明专利《双 轴四向动静组合电磁加载霍普金森平板冲击加载装置》)，但是试样形状必 须为正方体，实现多轴同步动态加载的同时增加了设备整体成本。因此设计 一种能够较好的模拟孔底岩石所受地应力状态，且具备围压加载方便、适用 于圆柱体试样、成本较低等特点的岩石力学性能测试装置十分必要。

发明内容

本发明的目的是设计一种可以较好地模拟孔底岩石所受二维应力状态的 岩石围压加载装置，且该装置具备操作简便，适用于圆柱体岩石试样，能够 应用于钻进、碎岩、岩石力学性能测试等室内试验。

一种高围压岩石力学性能试验装置，包括液压推力机构、岩石围压施加 机构、岩石力学性质测试系统。

所述液压推力机构由液压泵、溢流阀、换向阀、液压缸、底座、销轴、 推力座组成，液压缸通过销轴固定在底座上，推力座与液压缸通过螺栓连接， 液压泵输出的液压力经过液压缸转换为机械推力作用于推力座，溢流阀保证 了液压泵输出液压力的稳定，换向阀控制了液压缸输出推力的方向。

所述岩石围压施加机构由围压施加体、V型夹持块组成。围压施加体与 推力座之间通过左右两侧平面接触；V型夹持块的材料为铝，其内表面为圆 柱面，可夹持筒直径的圆柱形岩样(根据岩样直径大小，可更换V型夹持块 的尺寸)。围压施加体将推力座传递的推力转换为周向围压力作用于V型夹 持块，V型夹持块经过延展变形将围压力均匀地作用于岩样表面。

所述岩石力学性能测试系统由应变传输线、声发射数据线、声发射传感 器、电阻式应变传感器、计算机组成。声发射传感器通过围压施加体与V型 夹持块上的孔槽安装在V型夹持块上，使得声发射传感器探头与岩样表面贴 紧，电阻式应变传感器粘贴在岩样表面不同深度处，通过应变传输线与声发 射数据线将岩样力学性质数据记录到计算机内。

本发明装置测试方法包括以下步骤：

(一)将电阻应变传感器粘贴在岩样两侧，操作液压缸活塞杆收缩带动 两侧推力座左右分开，将两块围压施加体安装在两推力座之间，V型夹持块 及其包裹的岩样同时安装到围压施加体之间，连通电阻应变传感器与计算机。 可根据岩样直径选配不同尺寸的V型夹持块。