[发明专利]一种利用岩石三轴压缩仪进行岩石剪切试验的改进方法

摘要

本发明公开了一种利用岩石三轴压缩仪进行岩石剪切试验的改进方法，所采用的岩石三轴压缩仪剪切试验的组合模具包括千斤顶压头（1）、压力室（2）、一对刚性台阶式圆柱形垫板（5）、一对柔性半圆柱垫板（6）。本发明采用的专用组合模具传承了岩石三轴压缩实验的优点，通过压力室（2）向岩石试样（3）提供了稳定的围压，根据岩石试样破坏时轴力大小，结合刚性台阶式圆柱形垫板的弹性模量E1、柔性半圆柱垫板弹性模量E2，计算出两块刚性台阶式圆柱形垫板对岩石试样施加的压力F1、F4及两块柔性半圆柱垫板对岩石试样施加的压力F2、F3，进而确定岩石剪切面上的剪力△F大小，根据剪切面上剪力与剪切面积的关系得到岩石的抗剪强度τ，使三轴试验仪可以直接测量岩石的抗剪强度。

主权项

一种利用岩石三轴压缩仪进行岩石剪切试验的改进方法，所采用的岩石三轴压缩仪剪切试验的组合模具包括千斤顶压头(1)、用于安装岩石试样(3)的压力室(2)，所述的千斤顶压头(1)的下部形状、尺寸与压力室(2)的圆柱型内腔相匹配，其特征在于：该组合模具还包括一对刚性台阶式圆柱形垫板(5)、一对柔性半圆柱垫板(6)，所述的柔性半圆柱垫板(6)的形状、尺寸与刚性台阶式圆柱形垫板(5)的台阶部分相匹配；所述的刚性台阶式圆柱形垫板(5)、柔性半圆柱垫板(6)的直径与岩石试样(3)的直径、压力室(2)的内径相等；该组合模具及岩石试样(3)的安装方法为：1)先后将一块刚性台阶式圆柱形垫板(5)、一块柔性半圆柱垫板(6)安放到压力室(2)的底部，二者形成下部圆柱型配合体；2)将岩石试样(3)安放在下部圆柱型配合体的上面；3)再将另一块柔性半圆柱垫板(6)、另一块刚性台阶式圆柱形垫板(5)构成的上部圆柱型配合体安放到岩石试样(3)的上面；所述的一块柔性半圆柱垫板(6)位于岩石试样(3)左下面，所述的另一块柔性半圆柱垫板(6)位于岩石试样(3)右上面；4)然后将千斤顶压头(1)的下部安放到上部圆柱型配合体上面的压力室(2)内；对岩石试样抗剪强度进行测定的试验方法为：1)分别测试刚性台阶式圆柱形垫板的弹性模量E1、柔性半圆柱垫板弹性模量E2；利用千斤顶压头(1)、压力室(2)，给岩石试样(3)施加预定的围压值，并使之稳定；2)逐步施加轴压，并观察应变仪数值变化，确定破坏点和破坏时轴力大小，并记录破坏力大小F；3)根据岩石试样(3)破坏时轴力大小，结合刚性台阶式圆柱形垫板(5)的弹性模量E1、柔性半圆柱垫板(6)的弹性模量E2，分别计算出两块刚性台阶式圆柱形垫板(5)对岩石试样(3)施加的压力F1、F4及两块柔性半圆柱垫板(6)对岩石试样(3)施加的压力F2、F3，进而确定岩石剪切面上的剪力△F大小；其中：F1=F4=E1E1+E2·F;]]>F2=F3=E2E1+E2·F;]]>ΔF=F1-F2=E1-E2E1+E2·F;]]>式中：F1——上部刚性台阶式圆柱形垫板5与岩石试样3之间的作用力大小，单位N；F2——右上部柔性半圆柱垫板6与岩石试样3之间的作用力大小，单位N；F3——左下部柔性半圆柱垫板6与岩石试样3之间的作用力大小，单位N；F4——下部刚性台阶式圆柱形垫板5与岩石试样3之间的作用力大小，单位N；F——千斤顶压头1所施加的压力大小，单位N；E1——刚性台阶式圆柱形垫板5的弹性模量大小，单位GPa；E2——柔性半圆柱垫板6的弹性模量大小，单位GPa；ΔF——剪切面上剪力大小，单位N；4)根据剪切面上剪力与剪切面积的关系得到岩石的抗剪强度τ，其中：τ=E1-E2(E1+E2)·D·h·F]]>式中：τ——抗剪强度大小，单位Pa；D——圆柱试样的直径大小，单位m；h——圆柱试样的高度大小，单位m。