一种用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置及方法与流程

本发明涉及围压加载试验，具体涉及一种用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置及方法。

背景技术：

1、岩石围压实验是研究岩石力学特性的重要实验手段之一，是推动岩石力学学科发展的基础。现有的岩石围压试验机进行岩石围压实验过程中存在侧向应力峰值相较于轴向应力峰值存在一定的滞后性，究其缘由，当岩石试样轴向应力达到峰值时，由于试样存在一定的剪涨效应，试样对围压装置产生相应的反作用力，导致实际的侧向应力峰值大于所设定的围压应力值，对实验结果产生一定的影响。此外，现有的岩石围压试验机采样频率低，试样与围压加载装置之间存在摩擦力导致实验数据的精确性降低等问题。

2、利用常规单轴压力机简易便捷地完成岩石围压实验是较为常见的围压试验技术手段，通过外接围压加载装置，使得岩石试样的三个方向处于不同的应力状态，从而达到满足岩石在不同应力状态下围压加载的相关要求。因此，为更加合理地使用常规单轴压力机进行岩石三轴实验，亟待一种具有采样频率高，实验试样与加载装置之间的摩擦力低的便携式围压加载实验装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置及方法，为进一步开展岩石在不同三轴应力条件下的力学特性提供围压加载实验条件。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置，该装置包括压力钢板、螺纹杆、螺母、电阻应变计、以及数据监测采集单元，其中：

4、所述压力钢板由几何尺寸形状一致的钢板相邻间隔布置，用于固定进行围压加载实验的岩石试样以及提供围压；

5、所述螺纹杆螺纹旋接于压力钢板的边缘，将相邻的压力钢板相互串联；

6、所述螺母位于压力钢板外侧，并且螺纹旋接于螺纹杆上，用于调节压力钢板之间的距离以及与压力钢板、螺纹杆共同作用于试样；

7、所述电阻应变计设置于相邻压力钢板之间的螺纹杆表面处，用于对试样加载过程中的应力应变数据进行采集；

8、所述数据监测采集单元连接电阻应变计，用于对电阻应变计采集到的数据进行记录，并上传至上位机进行相关数据处理。

9、进一步的，所述压力钢板的边缘对称布置有若干圆孔，圆孔内壁上设有内螺纹，便于和螺纹杆螺纹配合连接。

10、进一步的，在所述螺母与压力钢板的接触相交处设有圆形垫片，用以进一步提高夹紧力，且平衡压力钢板的边角压力，避免偏心受压。

11、进一步的，所述电阻应变计采用粘贴式电阻双应变片，粘贴式电阻双应变片通过抗氧化固体胶水对称粘贴于压力钢板之间的螺纹杆中部。

12、进一步的，在粘贴所述电阻应变计的螺纹杆中部利用打磨工具去除螺纹，使其表面光滑。

13、进一步的，所述数据监测采集单元包括静态应变仪和电子示波器，所述粘贴式电阻双应变片通过导电线及惠斯通电桥连接静态应变仪，用于将试样受力后导致粘贴式电阻双应变片电阻值的变化而导致的电压信号转为应变信号，所述静态应变仪连接电子示波器，用于记录加载过程中的应变数据，所述电子示波器连接相应的上位机，用于将应变数据上传至上位机进行后续相关的数据处理。

14、一种用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验方法，该方法包括以下步骤：

15、步骤一）根据进行围压实验的岩石试样的尺寸，通过螺母以及圆形垫片来调整压力钢板之间的距离，以此来适合试样的直径；

16、步骤二）将实验设备放置于常规单轴压力机的正中处，确保试样位于压力机压盘的正中心处，利用螺母将压力钢板与试样夹紧，并固定装置的位置；

17、步骤三）利用导电线将电阻应变计与数据监测采集单元内的静态应变仪相连接，并将相应通道与数据监测采集单元内的电子示波器相连接；

18、步骤四）利用常规单轴压力机以设定的加载速度对试样进行三轴围压加载试验，并通过电子示波器记录加载过程中的应变数据，利用上位机进行相关数据处理，得到加载过程中螺纹杆轴力以及试样表面围压的变化数据。

19、本发明的有益效果是:

20、1、通过压力钢板、螺纹螺杆、螺丝螺帽以及粘贴式电阻应变计的组合，结合常规单轴压力机，能够快速便捷地进行岩石三轴围压实验，并且针对相应的工况，能够及时有效地进行相应地调整，并且结合静态应变仪以及电子示波器，能够准确有效地进行数据监测与采集。对于简单工况下的岩石围压实验，适用于常规单轴压力机的岩石围压加载实验装置相较于传统围压实验压力机更为简便，且数据采集设置和传感器的高效性确保了采集数据的精准性。

21、2、利用螺纹螺杆降低加载试样和压力钢板之间的摩擦阻力，从而消除现有实验装置中有关于侧向应力峰值与轴向应力峰值之间存在的滞后性，使得利用常规单轴压力机进行岩石围压实验的数据可靠性得到提升，更加符合相关围压实验中的设计需求。

22、3、螺纹螺杆的利用使得本发明中的实验装置在岩石围压实验中的使用能够更加灵活。通过选择低阻尼的材料能够更加有效地降低加载试样与压力钢板之间的摩擦阻力，从而更加有效地消除侧向峰值应力与轴向峰值应力之间的滞后性。螺纹螺杆的选用为后续使用更低阻尼的材料提供了便捷度，充分利用变刚度原理，从而更加准确地获得围压实验数据。

技术特征：

1.一种用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置，其特征在于，该装置包括压力钢板（1）、螺纹杆（2）、螺母（3）、电阻应变计（4）、以及数据监测采集单元，其中：

2.根据权利要求1所述的用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置，其特征在于，所述压力钢板（1）的边缘对称布置有若干圆孔，圆孔内壁上设有内螺纹，便于和螺纹杆（2）螺纹配合连接。

3.根据权利要求1所述的用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置，其特征在于，在所述螺母（3）与压力钢板（1）的接触相交处设有圆形垫片（31），用以进一步提高夹紧力，且平衡压力钢板（1）的边角压力，避免偏心受压。

4.根据权利要求3所述的用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置，其特征在于，所述电阻应变计（4）采用粘贴式电阻双应变片，粘贴式电阻双应变片通过抗氧化固体胶水对称粘贴于压力钢板（1）之间的螺纹杆（2）中部。

5.根据权利要求4所述的用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置，其特征在于，在粘贴所述电阻应变计（4）的螺纹杆（2）中部利用打磨工具去除螺纹，使其表面光滑。

6.根据权利要求4所述的用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置，其特征在于，所述数据监测采集单元包括静态应变仪和电子示波器，所述粘贴式电阻双应变片通过导电线及惠斯通电桥连接静态应变仪，用于将试样受力后导致粘贴式电阻双应变片电阻值的变化而导致的电压信号转为应变信号，所述静态应变仪连接电子示波器，用于记录加载过程中的应变数据，所述电子示波器连接相应的上位机，用于将应变数据上传至上位机进行后续相关的数据处理。

7.根据权利要求1-6中任一项所述装置的实验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

技术总结
本发明是一种用于单轴压力机的试样三轴围压施加实验装置及方法，包括压力钢板、螺纹杆、螺母、电阻应变计、以及数据监测采集单元，压力钢板由几何尺寸形状一致的钢板相邻间隔布置，螺纹杆螺纹旋接于压力钢板的边缘，将相邻的压力钢板相互串联；螺母位于压力钢板外侧，并且螺纹旋接于螺纹杆上，电阻应变计设置于相邻压力钢板之间的螺纹杆表面处，数据监测采集单元连接电阻应变计，用于对电阻应变计采集到的数据进行记录，并上传至上位机进行相关数据处理。本发明能适配常规单轴压力机，简易便捷地进行岩石试样施加围压的加载实验，并极大程度地提高了围压变化的测量采样率，使得实验数据的可靠性得到充分保证。

技术研发人员：邹春江,王志杰,李建春,赵坚
受保护的技术使用者：苏州工业园区蒙纳士科学技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5