CN114839060A - 一种便携式岩石真三轴试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式岩石真三轴试验装置，包括底板、套筒、顶板和四个侧压板，套筒的横截面呈矩形，四个侧压板与套筒的四个内侧壁一一对应，套筒的每个内侧壁上均设置有纵切面呈三角形的水平凸条，水平凸条具有上下两个斜面，侧压板上对应水平凸条设置有水平凹槽，水平凸条能够与对应的水平凹槽相吻合；套筒的底端连接在底板上，顶板与套筒的顶端连接，顶板上设置有用于驱动升降轴进行升降的驱动装置，岩石样品放置在四个侧压板所围成的长方体空间内，升降轴位于岩石样品的正上方；升降轴上还能够拆卸地连接有四个顶压板，顶压板的底端能够与对应的侧压板的顶端紧密接触。本发明提高了便携式岩石真三轴试验装置的易用性和便携性。

Description

一种便携式岩石真三轴试验装置及方法

技术领域

本发明涉及岩石的试验检测技术领域，特别是涉及一种便携式岩石真三轴试验装置及方法。

背景技术

由于存在构造应力，自然界中的岩石处于真三轴应力环境当中，同时，岩石的真三轴试验能在使用标准尺寸样品时再现岩石结构的变化。然而目前对岩石结构变化的研究多是在常规三轴的应力状态下进行的，因此研究真三轴应力状态下岩石的结构变化对各类工程项目具有重要的参考价值。

但是，现在国内外的便携式岩石真三轴试验装置都设置在室内，且试验装置更换劳动强度大，试验周期长，试验操作复杂，试验效率低的问题。同时，在现场取芯后运输至试验室，岩石样品会造成不同程度的损伤，导致无法测得准确的力学参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式岩石真三轴试验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高便携式岩石真三轴试验装置的易用性和便携性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种便携式岩石真三轴试验装置，包括底板、套筒、顶板和四个侧压板，所述套筒的横截面呈矩形，四个所述侧压板与所述套筒的四个内侧壁一一对应，所述套筒的每个内侧壁上均设置有纵切面呈三角形的水平凸条，所述水平凸条具有上下两个斜面，与所述套筒的内侧壁对应的所述侧压板上对应所述水平凸条设置有水平凹槽，所述水平凸条能够与对应的所述水平凹槽相吻合；所述套筒的底端能够拆卸地连接在所述底板上，所述顶板与所述套筒的顶端能够拆卸地连接，所述顶板上设置有用于驱动升降轴进行升降的驱动装置，岩石样品放置在四个所述侧压板所围成的长方体空间内，所述升降轴位于所述岩石样品的正上方；所述升降轴上还能够拆卸地连接有四个与四个所述侧压板一一对应的顶压板，所述顶压板的底端能够与对应的所述侧压板的顶端紧密接触；所述顶压板的顶部固连有一水平的约束板，所述顶板上固设有竖直的螺杆，所述约束板滑动套设在所述螺杆上，所述螺杆上螺纹连接有位于所述约束板上方的限位螺母；每个所述侧压板上均设置有侧向压力传感器，所述底板上设置有位于所述岩石样品正下方的轴向压力传感器。

优选的，所述套筒的每个内侧壁上均设置有多个由上至下依次排列的所述水平凸条。

优选的，所述底板能够通过固定螺栓与工作台或地面固连。

优选的，所述套筒、所述侧压板、所述顶压板及所述升降轴的材质均为钢。

优选的，所述驱动装置为千斤顶，所述千斤顶的活塞轴作为所述升降轴，所述顶板对应所述升降轴设置有通孔，所述升降轴穿过所述通孔。

优选的，所述升降轴上连接有水平的连接板，四个所述顶压板分别通过销钉与所述连接板连接。

一种恒定刚度条件下岩石真三轴试验方法，基于上述的便携式岩石真三轴试验装置，包括以下步骤：

(1)将所述便携式岩石真三轴试验装置运至现场，并进行组装，将底板用固定螺栓固定在平整场地；

(2)使用销钉将顶压板与升降轴连接固定，并使侧压板与对应的套筒的内侧壁吻合，且保证侧压板的底端与底板之间具有间隔，在四个侧压板围成的长方体空间内放入岩石样品；

(3)开启侧向压力传感器和轴向压力传感器，并开启驱动装置驱动升降轴和顶压板向下运动，顶压板向下压紧对应的侧压板，侧压板在水平凸条与水平凹槽的作用下将轴向压力转换为侧向压力，从而侧向压紧所述岩石样品；

(4)当有所述侧向压力传感器所检测到的侧向压力达到设定值时，拧紧限位螺母，使所述限位螺母的底端与对应的所述顶压板上的约束板的顶面紧密接触，从而对所述约束板进行竖直方向的限位，并同时解除所述顶压板与所述升降轴之间的连接；

(5)继续向下驱动升降轴，并进行步骤(4)；

(6)重复进行步骤(5)，直至所有所述侧向压力传感器所检测到的侧向压力都达到设定值；

(7)继续向下驱动升降轴，通过所述升降轴对所述岩石样品施加轴向压力，直至所述岩石样品破坏，记录此时所述千斤顶的位移量、轴压及围压值，计算岩石在恒定刚度条件下的三轴抗压强度。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的便携式岩石真三轴试验装置及方法操作简单、组装便捷且能够在现场使用，能够更好更准确的获得岩石结构变化的各项参数。本发明的便携式岩石真三轴试验装置及方法通过设置顶压板下压侧压板，侧压边通过水平凸条与水平凹槽之间的斜面产生侧向压力，从而省去了施加水平方向上的作用力的千斤顶，从而极大程度地降低了装置整体的重量，从而方便了装置整体的便携性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明便携式岩石真三轴试验装置的主视图；

图2为本发明便携式岩石真三轴试验装置的俯视图；

图3为本发明便携式岩石真三轴试验装置中的部分结构示意图；

图4为本发明便携式岩石真三轴试验装置中侧压板的结构示意图；

其中：1、底板；2、套筒；3、顶板；4、千斤顶；5、侧压板；6、岩石样品；7、升降轴；8、顶压板；9、连接架；10、约束板；11、螺杆；12、连接板；13、限位螺母；14、轴向压力传感器；15、侧向压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种便携式岩石真三轴试验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高便携式岩石真三轴试验装置的易用性和便携性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图4所示：本实施例提供了一种便携式岩石真三轴试验装置，包括底板1、套筒2、顶板3和四个侧压板5，套筒2的横截面呈矩形，四个侧压板5与套筒2的四个内侧壁一一对应，套筒2的每个内侧壁上均设置有多个由上至下依次排列的水平凸条，水平凸条的纵切面呈三角形，且三角形靠近套筒2的一条边竖直，水平凸条具有上下两个斜面，与套筒2的内侧壁对应的侧压板5上设置有与水平凸条一一对应的水平凹槽，水平凸条能够与对应的水平凹槽相吻合；当侧压板5受到竖直向下的压力时，会在水平凸条与水平凹槽的斜面的作用下，斜向下进行运动，从而将竖直向下的压力转化为侧向的压力。

套筒2的底端通过螺栓能够拆卸地连接在底板1上，顶板3与套筒2的顶端通过螺栓能够拆卸地连接，顶板3上设置有用于驱动升降轴7进行升降的千斤顶4，千斤顶4通过连接架9与顶板3固连，千斤顶4的活塞轴作为升降轴7，顶板3对应升降轴7设置有通孔，升降轴7穿过通孔。岩石样品6放置在四个侧压板5所围成的长方体空间内，升降轴7位于岩石样品6的正上方。

升降轴7上还能够拆卸地连接有四个与四个侧压板5一一对应的顶压板8；具体的，升降轴7上固连有水平的连接板12，四个顶压板8分别通过销钉与连接板12连接；顶压板8的底端能够与对应的侧压板5的顶端紧密接触；顶压板8的顶部固连有一水平的约束板10，顶板3上固设有竖直的螺杆11，约束板10滑动套设在螺杆11上，螺杆11上螺纹连接有位于所述约束板10上方的限位螺母13，连接架9上设置有供约束板10上下移动的缺口，约束板10穿过上述缺口；每个侧压板5上均设置有轴向压力传感器15，底板1上设置有位于岩石样品6正下方的轴向压力传感器14。

底板1能够通过固定螺栓与工作台或地面固连，以保证装置整体的稳定性。套筒2、侧压板5、顶压板8及升降轴7的材质均为钢。

一种恒定刚度条件下岩石真三轴试验方法，基于上述的便携式岩石真三轴试验装置，包括以下步骤：

(1)将便携式岩石真三轴试验装置运至现场，并进行组装，将底板1用固定螺栓固定在平整场地；

(2)使用销钉将顶压板8与升降轴7连接固定，并使侧压板5与对应的套筒2的内侧壁吻合，且保证侧压板5的底端与底板1之间具有间隔，在四个侧压板5围成的长方体空间内放入岩石样品6；

(3)开启轴向压力传感器15和轴向压力传感器14，并开启驱动装置驱动升降轴7和顶压板8向下运动，顶压板8向下压紧对应的侧压板5，侧压板5在水平凸条与水平凹槽的作用下将轴向压力转换为侧向压力，从而侧向压紧岩石样品6；

(4)当有轴向压力传感器15所检测到的侧向压力达到设定值时，拧紧限位螺母13，使限位螺母13的底端与对应的顶压板8上的约束板10的顶面紧密接触，从而对约束板11进行竖直方向的限位，并同时解除顶压板8与升降轴7之间的连接；

(5)继续向下驱动升降轴7，并进行步骤(4)直至所有轴向压力传感器15所检测到的侧向压力都达到设定值；

(6)继续向下驱动升降轴7，通过升降轴7对岩石样品6施加轴向压力，直至岩石样品6破坏，上述过程中，由于在步骤(5)中已解除了所有顶压板8与升降轴7上水平连接板12之间的连接，所有顶压板8和所有侧压板5的位置均固定，而随着升降轴7的下压，岩石样品6所受到的应力随升降轴7的下压不断变化，故模拟了恒定刚度条件下岩石真三轴的试验，记录此时所述千斤顶4的位移量、轴压及围压值，计算岩石在恒定刚度条件下的三轴抗压强度。

需要说明的是，可以制备多组采用不同刚度的材料的侧压板5，同组四个侧压板5的刚度相同，而不同组侧压板5的刚度不同，以用来模拟不同恒定刚度下岩石真三轴的试验；在下压侧压板5时，可以分组下压侧压板5以调节不同方向应力的大小，比如，先拆除左右两个顶压板8，并安装前后两个顶压板8，下压前后两个侧压板5，再拆除前后两个顶压板8，并安装左右两个顶压板8，下压左右两个侧压板5，此外，还可以通过使得左右两个侧压板5与前后两个侧压板5上的水平凸条的上下两个斜面的斜度，来使得左右两个侧压板5与前后两个侧压板5随着升降轴7的下行时位移程度不同，从而调节水平两个方向的主应力，在具体应用时，技术人员可以根据具体需要对不同侧压板5上的水平凸条的斜面的斜度进行适应性的设置。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种便携式岩石真三轴试验装置，其特征在于：包括底板、套筒、顶板和四个侧压板，所述套筒的横截面呈矩形，四个所述侧压板与所述套筒的四个内侧壁一一对应，所述套筒的每个内侧壁上均设置有纵切面呈三角形的水平凸条，所述水平凸条具有上下两个斜面，与所述套筒的内侧壁对应的所述侧压板上对应所述水平凸条设置有水平凹槽，所述水平凸条能够与对应的所述水平凹槽相吻合；所述套筒的底端能够拆卸地连接在所述底板上，所述顶板与所述套筒的顶端能够拆卸地连接，所述顶板上设置有用于驱动升降轴进行升降的驱动装置，岩石样品放置在四个所述侧压板所围成的长方体空间内，所述升降轴位于所述岩石样品的正上方；所述升降轴上还能够拆卸地连接有四个与四个所述侧压板一一对应的顶压板，所述顶压板的底端能够与对应的所述侧压板的顶端紧密接触；所述顶压板的顶部固连有一水平的约束板，所述顶板上固设有竖直的螺杆，所述约束板滑动套设在所述螺杆上，所述螺杆上螺纹连接有位于所述约束板上方的限位螺母；每个所述侧压板上均设置有侧向压力传感器，所述底板上设置有位于所述岩石样品正下方的轴向压力传感器。

2.根据权利要求1所述的便携式岩石真三轴试验装置，其特征在于：所述套筒的每个内侧壁上均设置有多个由上至下依次排列的所述水平凸条。

3.根据权利要求1所述的便携式岩石真三轴试验装置，其特征在于：所述底板能够通过固定螺栓与工作台或地面固连。

4.根据权利要求1所述的便携式岩石真三轴试验装置，其特征在于：所述套筒、所述侧压板、所述顶压板及所述升降轴的材质均为钢。

5.根据权利要求1所述的便携式岩石真三轴试验装置，其特征在于：所述驱动装置为千斤顶，所述千斤顶的活塞轴作为所述升降轴，所述顶板对应所述升降轴设置有通孔，所述升降轴穿过所述通孔。

6.根据权利要求5所述的便携式岩石真三轴试验装置，其特征在于：所述升降轴上连接有水平的连接板，四个所述顶压板分别通过销钉与所述连接板连接。

7.一种恒定刚度条件下岩石真三轴试验方法，其特征在于，基于权利要求1-6任意一项所述的便携式岩石真三轴试验装置，包括以下步骤：

(1)将所述便携式岩石真三轴试验装置运至现场，并进行组装，将底板用固定螺栓固定在平整场地；

(2)使用销钉将顶压板与升降轴连接固定，并使侧压板与对应的套筒的内侧壁吻合，且保证侧压板的底端与底板之间具有间隔，在四个侧压板围成的长方体空间内放入岩石样品；

(3)开启侧向压力传感器和轴向压力传感器，并开启驱动装置驱动升降轴和顶压板向下运动，顶压板向下压紧对应的侧压板，侧压板在水平凸条与水平凹槽的作用下将轴向压力转换为侧向压力，从而侧向压紧所述岩石样品；

(4)当有所述侧向压力传感器所检测到的侧向压力达到设定值时，拧紧限位螺母，使所述限位螺母的底端与对应的所述顶压板上的约束板的顶面紧密接触，从而对所述约束板进行竖直方向的限位，并同时解除所述顶压板与所述升降轴之间的连接；

(5)继续向下驱动升降轴，并进行步骤(4)；

(6)重复进行步骤(5)，直至所有所述侧向压力传感器所检测到的侧向压力都达到设定值；

(7)继续向下驱动升降轴，通过所述升降轴对所述岩石样品施加轴向压力，直至所述岩石样品破坏，记录此时所述千斤顶的位移量、轴压及围压值，计算岩石在恒定刚度条件下的三轴抗压强度。

Images