一种岩心三轴拉伸测试系统的制作方法

本实用新型属于岩石力学测试技术领域，涉及一种岩心三轴拉伸测试系统。

背景技术：

在天然条件下，地壳和工程岩体是在复杂的组合应力状态下产生变形和破坏的。岩体是一种复杂的地质体，处于复杂的三维应力场中，岩体破坏通常是由于其所赋存的应力状态发生改变引起的。不同应力状态和应力路径下岩石的强度与变形特性研究是国际岩石力学领域前沿课题之一。核废料地下处置、地下能源储存、地下二氧化碳储存、石油开采、深部硐室等众多地下岩石工程围岩由于内压变化、开挖扰动或地震及爆炸动荷载作用，处于不同周期或频率循环拉压状态，因此测定岩石拉压疲劳强度与变形特性研究是地下岩石工程基础性研究课题之一，具有十分重要的理论意义和工程应用价值。

目前,岩石抗拉强度的室内测定方法有直接拉伸法和间接拉伸法两大类。由于直接拉伸试验一般存在偏心拉伸、夹具端部应力集中、试件加工难等问题对测试结果的准确性造成较大影响，所以一直未能在岩石力学测试领域大规模推广使用，通常采用间接的劈裂拉伸法代替，但研究表明劈裂拉伸等间接法所测数据与岩石抗拉强度的真实值间仍有不小的偏差，因此，近十几年不少学者尝试研制各种直接拉伸装置进行岩石的直接拉伸性能测试，取得了一系列研究成果，但这些研究基本都集中在单轴拉伸状态下。

而对于实际的地下岩体工程，尤其是深部地下岩体工程，其承受着较复杂的应力状态，有些关键部位，比如开挖巷道的近临空面岩体，在开挖卸荷后，承受两向受压一向受拉的应力状态，并在这种三轴拉伸应力状态(双向受压，单向受拉)下发生破坏，因此，有必要深入相关测试研究工作，中国专利CN 107991176 A公开了一种岩石三轴的拉伸试验装置及其方法，以MTS 815型试验机为基础，研制相关配套装置和夹具，使之具有三轴直接拉伸功能，CN 106546488 A、CN 208672463 U也公布了相应的三轴拉伸实验装置，目前的技术均是在有围压的状态下施加轴向拉力，但未考虑到实际地层中岩石在两向受压状态发生改变时的拉伸强度，同时也未考虑试验温度对实验结果的影响。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种岩心三轴拉伸测试系统，通过设立外加可变压力源，实现了测量岩石在可变围压下进行拉伸实验的目的。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种岩心三轴拉伸测试系统，包括壳体、围压室、轴向拉伸夹具和轴向拉力机，所述围压室设于壳体内，所述轴向拉伸夹具包括2个万向节和2个图章，所述图章分别通过万向节与围压室的上联结块和下联结块连接，2个图章位于同一竖直线上且其粘结面上下相对设置，加工后的试样由高强度粘结胶粘结于图章上，所述围压室设有液压油加注管、放空管、压力表和加压管，所述加压管上设有活塞和法兰，所述围压室底部设有轴向拉力机，用于提供轴向拉力；

所述壳体内还设有增压泵，所述增压泵进口管连通储液罐，储液罐内装有作为增压液的水，所述增压泵出口管通过法兰与加压管连接，增压泵出口管上设有空气缓冲罐和压力表；

所述壳体上还设有控制器。

所述围压室外表面还设有换热层，所述换热层内设有换热管，所述壳体内设有换热泵，所述换热管进口与换热泵出口连接，热介质为外置恒温蒸馏水。

进一步的，所述设有活塞的加压管上设有限位块，活塞主要避免增压泵所用液体与围压室内的液压油混合，同时通过液压原理进行增压。

进一步的，所述空气缓冲罐设有抗高压气囊，以实现缓慢、平稳增压。

进一步的，所述出口管上还设有排气管，用于排出出口管内的空气。

进一步的，所述增压泵出口管、加压管、液压油加注管、排气管和放空管上均设有阀门。

进一步的，所述拉力计、增压泵、压力表和轴向拉力机均与控制器连接。

本实用新型的有益效果是：

增压泵、活塞以及抗高压气囊可实现对围压室进行缓慢增压，并可在实验过程中根据需求改变围压，可根据需求老化岩心，在岩心疲劳状态下测定其拉伸强度；设于加压管内的活塞避免了增压泵所用液体与围压室内的液压油混合，防止液压油被污染；换热层的设置使得实验可以在恒温条件下进行。

附图说明

图1：本实用新型结构主体示意图；

图2：增压泵出口管与围压室加压管结构示意图；

图3：换热层设置示意图；

图中，1壳体，2轴向拉力机，3增压泵，4储液罐，5抗高压气囊，6空气缓冲罐，7图章，8围压室，9万向节，10压力表，11放空管，12活塞，13控制器，14液压油加注管，15试样，16限位块，17加压管，18出口管，19排气管，20法兰，21上联结块，22下联结块，23换热泵，24换热层，25换热管。

具体实施方式

为了方便本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种岩心三轴拉伸测试系统，包括壳体1、围压室8、轴向拉伸夹具和轴向拉力机2，围压室8设于壳体1内，轴向拉伸夹具包括2个万向节9和2个图章7，2个图章7分别通过万向节9与围压室8的上联结块21和下联结块22连接，2个图章7位于同一竖直线上且其粘结面上下相对设置，加工后的试样15由高强度粘结胶粘结于图章7上，围压室8设有液压油加注管14、放空管11、压力表10和加压管17，加压管17上设有活塞12和法兰20，围压室8底部设有轴向拉力机2；壳体1内还设有增压泵3，增压泵3进口管连通储液罐4，增压泵3出口管18通过法兰20与加压管17连接，增压泵3出口管18上设有空气缓冲罐6和压力表10。

设有活塞12的加压管17上设有限位块16，空气缓冲罐6设有抗高压气囊5。出口管18上还设有排气管19。增压泵3出口管18、加压管17、液压油加注管14、排气管19和放空管11上均设有阀门。壳体1上还设有控制器13，拉力计、增压泵3、压力表10和轴向拉力机2均与控制器13连接。所述围压室8外表面还设有换热层24，所述换热层24内设有换热管25，所述壳体1内设有换热泵23，所述换热管25进口与换热泵23出口连接，热介质为外置恒温蒸馏水。

本实用新型的使用方法为：将加工好的试样15用高强度粘结胶粘结于图章7上，关闭围压室8，打开液压油加注管14和放空管11上的阀门，加注液压油至放空管11有液压油冒出，关闭液压油加注管14和放空管11上的阀门；在控制器13上预先设定围压室8需要的压力，加压管17通过法兰20连接出口管18，对抗高压气囊5充入气体，在储液罐4内加注水，打开排气管19上的阀门，开启增压泵3至排气管19上的阀门有水冒出，关闭该阀门，当压力上涨至设定压力时，增压泵3停止工作，此时可以进行岩心的三轴拉伸实验；实验结束后，关闭增压泵3，通过液压油加注管14排出围压室8内的液压油。反应过程中如需控制温度，则准备适宜温度的恒温蒸馏水，打开换热泵23换热。

实验过程中如需变化围压室8的压力，可在控制器13上重新设置围压，岩心也可在变化的围压下老化数小时后进行拉伸实验。

以上所述，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。