(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210890544.4 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 申请人 长春市展拓试验仪 器有限公司 (72)发明人 赵骏　冯夏庭　范晨　姜超　 江梦飞　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李珉 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试 装置及试验方法 (57)摘要 一种模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试 装置及试验 方法， 属于岩石室内加载试验技术领 域， 包括刚性支撑平台； 所述刚性支撑平台固定 安装于地面上， 刚性支撑平台上表 面通过螺栓固 定安装有主机框架， 主机框架内滑动安装有水平 框架， 所述水平框架内安装有带有岩石试样的加 载盒， 水平框架的前后端安装有小主应力加载系 统， 小主应力加载系统底端滑动安装于刚性支撑 平台上， 所述主机框架的上下端安装有中主应力 加载系统， 主机框架的左右端安装有大主应力加 载系统。 本发明设计了三刚式试验机， 即在最大 主应力σ1、 中间主应力σ2和最小主应力σ3方向 通过六个刚性活塞加载， 能够模拟开挖作用下围 岩的复杂应力调整过程。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115201016 A 2022.10.18 CN 115201016 A 1.一种模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试装置， 其特征在于， 包括大主应力加载系 统， 中主应力加载系统， 小 主应力加载系统， 主机 框架、 水平框架及刚性支撑平台； 所述刚性支撑平台固定安装于地面上， 刚性支撑平台上表面通过螺栓 固定安装有主机 框架， 主机框架内滑动安装有 水平框架， 所述水平框架内安装有 带有岩石 试样的加载盒， 水 平框架的前后端安装有小主应力加载系统， 小主应力加载系统底端滑动安装于刚性支撑平 台上， 所述主机框架的上下端安装有中主应力加载系统， 主机框架的左右端安装有大主应 力加载系统。 2.根据权利要求1所述的一种 模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试装置， 其特征在于： 所述大主应力加载系统包括第一大主应力作动器组件和第二大主应力作动器组件， 第一大 主应力作动器组件和第二大主应力作动器组件分别安装于主机 框架的左右通 孔内。 3.根据权利要求2所述的一种 模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试装置， 其特征在于： 第一主应力作动器组件和第二主应力作动器组件结构相同， 均包括大主应力作动器， 大主 应力作动器的后端安装有活塞监测用LVDT传感器， 前端依次安装有负荷传感器、 传感器压 垫及刚性压头， 且在刚性压头与传感器压垫接触的面内安装有电磁铁， 大主应力作动器上 通过电磁阀安装有蓄能器， 蓄能器通过耐高温油管依次与对应的液压泵和油源串联。 4.根据权利要求1所述的一种 模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试装置， 其特征在于： 所述中主应力加载系统包括第一中主应力作动器组件和第二中主应力作动器组件， 第一中 主应力作动器组件和第二中主应力作动器组件分别安装于主机 框架的上 下通孔内。 5.根据权利要求4所述的一种 模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试装置， 其特征在于： 第一中应力作动器组件和第二中应力作动器组件结构相同， 均包括中主应力作动器， 中主 应力作动器的后端安装有活塞监测用LVDT传感器， 前端依次安装有负荷传感器、 传感器压 垫及刚性压头， 且在刚性压头与传感器压垫接触的面内安装有电磁铁， 中主应力作动器上 通过电磁阀安装有蓄能器， 蓄能器通过耐高温油管依次与对应的液压泵和油源串联。 6.根据权利要求1所述的一种 模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试装置， 其特征在于： 所述小主应力加载系统包括第一小主应力作动器组件和第二小主应力作动器组件， 第一小 主应力作动器组件和第二小 主应力作动器组件分别安装于主机 框架的前后通 孔内。 7.根据权利要求6所述的一种 模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试装置， 其特征在于： 第一小应力作动器组件和第二中应力作动器组件结构相同， 均包括小主应力作动器， 小主 应力作动器的后端安装有活塞监测用LVDT传感器， 前端依次安装有负荷传感器、 传感器压 垫及刚性压头， 且在刚性压头与传感器压垫接触的面内安装有电磁铁， 其中一个小主应力 作动器上通过电磁阀安装有蓄能器， 蓄能器通过耐 高温油管依次与对应的液压泵和油源串 联， 另一端 小主应力作动器通过耐高温硬质油管依次串联电磁阀、 蓄能器、 液压泵及油源。 8.根据权利要求1所述的一种 模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试装置， 其特征在于： 所述主机框架 为倒角方形结构， 且上、 下、 左、 右四周有四个通孔， 其中上通孔与下通孔中心 连线垂直于水平面； 左通孔与右通孔中心连线平行于水平面， 且二者中心线连线交点为主 机框架的几何中心点。 9.根据权利要求1所述的一种 模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试装置， 其特征在于： 所述水平框架为内空的倒角方形柱体结构， 水平框架的前、 后左、 右、 上、 下开设有六个通 孔， 其中前、 后通孔中心连线平行于水平面； 水平框架的上、 下、 左、 右四个通孔分别与对应权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115201016 A 2的主机框架的上、 下、 左、 右四个通 孔连通。 10.一种模拟硬岩真三轴应力路径下时效破裂过程的试验方法， 采用权利要求1所述的 一种模拟硬岩真三轴应力路径下流变测试装置， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 将岩石试样装入加载盒内， 并在岩石试样表面安装体变测量用LVDT位移传感 器； 步骤2： 将水平框架推至远离主机框架一端， 将安装有岩石试样的加载盒放置于水平框 架的中心位置； 步骤3： 调整体变测量用LVDT位移传感器的位置及触针伸长量， 使体变测量用LVDT位移 传感器处于试验量 程范围内； 步骤4： 将水平框架推入主机 框架， 并使岩石试样处于主机 框架几何中心位置； 步骤5： 通过对大主应力作动器、 中主应力作动器和小主应力作动器实施位移控制， 完 成岩石试样的精准对中夹紧； 步骤6： 通过力控制对大主应力作动 器、 中主应力作动器和小主应力作动器以恒定的加 载速率实施力控制， 使岩石试样六个边界面在静水压力状态增加至最小主应力σ3的目标 值； 步骤7： 伺服控制小主应力作动器， 保证最小主应力σ3不变； 然后通过力控制对大主应力 作动器和中主应力作动器以恒定的加载速率实施力控制， 使岩石试样最大主应力σ1和中间 主应力σ2增加至中间主应力σ2的目标值； 步骤8： 伺服控制中主应力作动器和小主应力作动器， 保证最小主应力和中间主应力不 变； 然后通过力控制对大主应力作动器以恒定的加载速率实施力控制， 使最大主应力σ1增 加至目标值， 完成对原岩所受三向应力状态的还原； 步骤9： 按照设计的应力路径以设计的加卸载速率对岩石试样三个方向的主应力进行 连续加载或卸载， 还原围岩在开挖及支护作用下的应力调整过程； 步骤10： 伺服控制大主应力作动 器、 中主应力作动 器和小主应力作动器， 保证岩石试样 三向应力状态长期稳定不变， 还原围岩应力调整完成后的时效破坏过程； 步骤11： 记录并观测岩石试样变形及破坏特 征。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115201016 A 3