CN113984504B - 一种多功能岩石力学试验系统及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能岩石力学试验系统及其试验方法。该系统包括，多功能反力架，用于固定和放置试样，内部设有油缸端传感器，用于轴压位移控制和力控制的信号反馈；连接所述多功能反力架的围压加载系统，用于向试样施加围压；连接所述多功能反力架的轴压加载系统，用于向试样施加轴压；连接所述多功能反力架的双水力伺服泵压系统，用于向试样中泵注压裂液或渗流流体；试样变形与应力监测系统，用于监测试样试验过程中试样的裂缝扩展和试样内部的诱导应力演化规律及变形特性；均连接所述多功能反力架、围压加载系统、轴压加载系统、双水力伺服泵压系统和试样变形与应力监测系统的控制器和终端设备。

Description

一种多功能岩石力学试验系统及其试验方法

技术领域

本发明属于岩石力学试验领域，具体涉及一种多功能岩石力学试验系统及其试验方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

水力压裂作为一项针对低渗及超低渗油气储层的主要增产措施，对于增大储层渗流面积及导流能力，提高压裂井开发效果及最终采收率具有促进作用。故对岩石水力耦合力学行为和水力压裂改造效果的分析是高效开发油气资源的重要研究内容。

室内试验能较准确地揭示储层岩石在不同应力状态下的力学性能，获取储层岩石的基本力学参数(抗拉强度、抗压强度、剪切强度、弹性模量和泊松比等)，是开展水力压裂储层改造的前提。同时，随着我国深部岩体工程越来越多，明确岩石的基本力学参数，是开展深部岩体工程设计的重要依据，也是岩石力学的关键科学问题。

储层压裂改造工程中，裂隙是储层岩石导水的主要通道，岩石在水力耦合作用下的剪切滑移失稳通常会导致重大地质灾害的产生。深入研究岩体的剪切-渗流耦合特性及由此所导致的失稳规律对于解决地下岩体工程的失稳问题有着至关重要的作用，而裂隙岩石剪切渗流耦合试验是研究岩石裂隙水力特性最直接有效的手段。

目前，用于储层岩石水力压裂物理试验、基本力学参数试验(抗拉强度测试试验、抗剪强度测试试验、抗压强度测试试验、压缩变形试验等岩石力学参数试验)、裂隙剪切渗流耦合试验的试验装置大都存在以下问题：

水力压裂试验装置通常只能进行水力压裂物理试验，无法完成岩石完整力学参数的测试试验；岩石力学参数测试装置通常只能完成单个力学参数的测试任务，几乎无法完成多项岩石力学参数测试任务，更难以进行水力压裂试验和剪切渗流试验；岩石裂隙剪切渗流耦合试验装置，也无法进行岩石完整力学参数的测试和水力压裂试验；即使有些岩石力学参数测试可以实现众多项目中的部分，如可以实现岩石抗拉、单轴抗压的测试，也是操作繁琐，更不能同时完成岩石裂隙剪切渗流耦合试验和水力压裂物理试验设备一体化的需要；常规岩石力学试验机受刚度影响，难以开展真三轴加载，且试样安装定位移动困难。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种多功能岩石力学试验系统及其试验方法。本发明综合考虑目前岩石力学性能测试试验机、水力压裂试验系统、剪切渗流耦合试验设备的不足，集水力压裂试验、剪切渗流试验、基本岩石力学试验于一体的多功能岩石力学试验系统及其试验方法，其能满足储层岩石基本力学性能试验(抗拉强度、抗压强度、抗剪切强度、弹性模量和泊松比)、水力压裂物理试验和剪切渗流试验设备一体化的需要，节省了人力和设备制造成本。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明提供了一种多功能岩石力学试验系统。

一种多功能岩石力学试验系统，包括：

多功能反力架，用于固定和放置试样，内部设有油缸端传感器，用于轴压位移控制和力控制的信号反馈；

连接所述多功能反力架的围压加载系统，用于向试样施加围压；

连接所述多功能反力架的轴压加载系统，用于向试样施加轴压；

连接所述多功能反力架的双水力伺服泵压系统，用于向试样中泵注压裂液或渗流流体；

试样变形与应力监测系统，用于监测试验过程中试样的裂缝扩展和试样内部的诱导应力演化规律及变形特性；

均连接所述多功能反力架、围压加载系统、轴压加载系统、双水力伺服泵压系统和试样变形与应力监测系统的控制器和终端设备。

进一步地，所述多功能反力架包括：底座加高座，所述底座加高座上设有底座，所述底座上设有反力架，所述反力架的三个方向上设有油缸(前后、左右、上下方向的其中一侧设置油缸，用于施加轴压)，所述油缸朝向反力架内部的一端设有油缸端传感器和油缸端压头，所述油缸端压头连接所述油缸端传感器，所述油缸端传感器包括位移传感器和力传感器；所述油缸、油缸端压头、油缸端传感器的组合用于对试样施加轴向压力；所述反力架上设有丝杠，所述丝杠位于所述反力架外部的一端连接丝杠大手轮，位于所述反力架内部的的一端连接丝杠端压头，所述丝杠、丝杠大手轮和丝杠端压头的组合用于调整试样与所述油缸端压头的距离，所述反力架内部设有移动支座，用于试样的安装、移动和定位；同时在反力架上设置角撑和加设增强连杆提升结构刚度，加强反力架承压能力，利于施加较大轴压；所述移动支座上部连接底座连接盘，底座连接盘上部连接滚珠排底座，滚珠排底座上部是滚子组装体，滚子组装体的左右两侧是滚珠排左右挡板，滚子组装体的前后两侧是滚珠排前后挡板，滚子组装体上部连接上压盘加高块。

进一步地，所述围压加载系统包括独立筏板支架、油箱和三轴试验腔，所述独立筏板支架设置于所述围压加载系统的一侧，所述油箱设置于所述围压加载系统的另一侧，所述油箱上设有电机，所述电机上设有油泵，所述三轴试验腔设置于双向油缸与反力架构成面中心位置的移动支座上。

进一步地，所述三轴试验腔包括围压室，所述围压室的上端设有上法向位移计，所述围压室的下端设有下法向位移计，所述上法向位移计和下法向位移计均用于测量试样的法向位移；所述围压室的两侧均设有排气口和注油口，所述注油口用于试样的围压加载，所述排气口用于排出缸内气体；所述围压室包括左围压室和右围压室；左围压室通过左锁紧螺母固定，右围压室通过右锁紧螺母固定，所述左围压室的外侧设有左剪切头，所述右围压室的外侧设有右剪切头，所述左剪切头和右剪切头均用于剪切试样和对试样施加压力；所述左剪切头和右剪切头上均设有出水口和进水口，用于试样的排水和注水。

进一步地，所述左剪切头和右剪切头与试样接触断面为均匀分布的断面圆环同心槽，为剪切时岩石裂隙试样端部提供均匀分布的渗流流体；用于提供剪切过程中剪切变形空间的聚四氟乙烯半圆盘；其中，左剪切头分为上下两侧，上侧分为刚性半圆盘和聚四氟乙烯半圆盘两部分，左剪切头的下侧为断面圆环同心槽；聚四氟乙烯半圆盘在刚性半圆盘的右侧，聚四氟乙烯半圆盘直接与试样接触。

进一步地，所述轴压加载系统包括筏板支架和油箱，所述筏板支架设置于所述轴压加载系统的一侧，所述油箱设置于所述轴压加载系统的另一侧，所述油箱上设有电机，所述电机上设有油泵。

进一步地，所述双水力伺服泵压系统包括：防护罩，所述防护罩的内部设有蓄水缸，用于压裂液的存储；所述蓄水缸连接双向油缸，所述双向油缸连接双向缸活塞杆，所述双向缸活塞杆上安装有导向杆，所述导向杆用于双向缸活塞杆定向，防止所述双向缸活塞杆转动；所述导向杆连接指针，所述指针使双向缸活塞杆位移可视化。

进一步地，所述试样变形与应力监测系统包括：高速摄像机，用于实时记录试样表面的变形破坏过程；声发射设备和非接触式电磁破裂监测设备用于动态监测试样内部和表面的变形破坏过程；微型压力盒和光栅多点位移传感器用于监测储层岩石内部的诱导应力演化规律和岩体变形特性。

第二个方面，本发明提供了一种多功能岩石力学试验系统的试验方法。

一种多功能岩石力学试验系统的试验方法，采用第一个方面所述的多功能岩石力学试验系统，包括：

将裂隙岩石试样安装在多功能反力架上；

通过轴压加载系统，利用油缸端压头对裂隙岩石试样施加轴向荷载，实现轴向荷载的压力/位移控制；利用轴压加载系统中油缸端传感器上的位移传感器测量剪切渗流试验中的剪切位移；

通过围压加载系统，围压油经过注油口注入围压室，实现对裂隙岩石试样围压的施加，获得围压数值，加载至目标围压值后保持围压不变；

检测所述围压加载系统的上法向位移计和下法向位移计以及和油缸端传感器，得到剪切渗流试验过程中试样的法向位移和剪切渗流试验中的剪切位移；

通过双水力伺服泵压系统进行渗流流体的流量/压力控制，渗流流体通过注液管和进水口注入，然后流体经过右剪切压头流入裂隙岩石试样中，并经过左剪切压头、出水口流出；同步开启出水端的水力伺服泵压系统，实现岩石试样的出水端渗流流体的流量/压力控制；

通过试样变形与应力监测系统，监测裂隙岩石试验过程中的裂缝扩展和试样内部的诱导应力演化规律及变形特性；

实现裂隙岩石剪切渗流试验。

第三个方面，本发明提供了一种多功能岩石力学试验系统的试验方法。

一种多功能岩石力学试验系统的试验方法，采用第一个方面所述的多功能岩石力学试验系统，包括：

将岩石试样安装在多功能反力架上；

通过轴压加载系统，利用油缸端压头对岩石试样施加轴向荷载，实现轴向荷载的压力/位移控制；当加载至目标压力值后保持压力不变；

通过双水力伺服泵压系统控制岩石试样压裂流体的流量/压力控制；

通过试样变形与应力监测系统，监测岩石试样内部的诱导应力演化规律和岩体变形特性；

实现岩石试样的水力压裂试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明设备功能多样，可满足开展储层岩石基本力学试验(单轴压缩试验、三轴压缩试验、直接剪切试验、巴西劈裂试验、直接拉伸试验)、水力压裂试验和裂隙岩石剪切渗流耦合试验等多种试验的设备一体化的需要。

(2)本发明设备操作简单，通过一台控制器可实现围压/三路轴压/水压的协同运作和功能切换，能节省大量的人力和设备制造成本。

(3)本发明通过加强多功能反力架刚度，可满足更大的轴压施加和荷载承受能力，并可用于对试样的真三轴应力加载。

(4)本发明通过在反力架中增设移动支座，可以满足较大尺寸试样的安装、移动和定位需求，便于实验开展。

(5)本发明适用性广，可实现多尺寸、多形状试样的试验要求，且设备精度高。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明多功能岩石力学试验系统的示意图；

图2为本发明多功能反力架的示意图；

图3为本发明移动支座的示意图；

图4为本发明围压加载系统的示意图；

图5为本发明三轴试验腔的示意图；

图6为本发明剪切压头的示意图

图7为本发明轴压加载系统的示意图；

图8为本发明水力伺服泵压系统的示意图；

图9为本发明剪切/压裂试验主机架的示意图；

图中：1-试样变形与应力监测系统，2-多功能反力架，3-围压加载系统，4-控制器，5-配套软件，6-双水力伺服泵压系统，7-轴压加载系统，8-油缸，9-丝杠端压头，10-丝杠，11-丝杠大手轮，12-移动支座，13-反力架，14-油缸端传感器，15-油缸端压头，16-底座，17-底座加高座，19-上压盘加高块，20-滚珠排左右挡板，21-滚珠排底座，22-底座连接盘，23-滚子组装体，24-滚珠排前后挡板，25-独立油源钣金件，26-车轮，27-油泵，28-独立筏板支架，29-电机，30-油箱，31-三轴试验腔，32-出水口，33-左剪切压头，34-排气口，35-右锁紧螺母，36-围压室，37-下法向位移计，38-上法向位移计，39-注油口，40-调整盖，41-右剪切压头，42-进水口，43-左锁紧螺母，44-剪切压头，45-剪切压头主体，46-进水口/出水口，47-聚四氟乙烯半圆盘，48-刚性半圆盘，49-断面圆环同心槽，50-油源柜，51-阀板支架，52-防护罩，53-液压控制加固底座，54-蓄水缸，55-双向油缸，56-双向缸活塞杆，57-导向杆，58-指针，59-液压控制底板，60-剪切试验主机架，61-压裂试验主机架。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例一

本实施例提供了一种多功能岩石力学试验系统。

一种多功能岩石力学试验系统，包括：

多功能反力架，用于固定和放置试样，内部设有油缸端传感器，用于轴压位移控制和力控制的信号反馈；

连接所述多功能反力架的围压加载系统，用于向试样施加围压；

连接所述多功能反力架的轴压加载系统，用于向试样施加轴压；

连接所述多功能反力架和轴压加载系统的双水力伺服泵压系统，用于向试样中泵注压裂液或渗流流体；

试样变形与应力监测系统，用于监测试样试验过程中试样的裂缝扩展和试样内部的诱导应力演化规律及变形特性；

均连接所述多功能反力架、围压加载系统、轴压加载系统、双水力伺服泵压系统和试样变形与应力监测系统的控制器和终端设备。

具体的，本实施例提出了一种多功能岩石力学试验系统，该试验系统主要包括5个部分：多功能反力架2；围压加载系统3；轴压加载系统7；双水力伺服泵压系统6；试样变形与应力监测系统1，如图1所示。

所述多功能反力架2用于固定和放置试样，并具有反力加载功能；

所述围压加载系统3用于向试样施加围压；

所述轴压加载系统7用于向试样施加轴压；

所述双水力伺服泵压系统6用于向试样中泵注压裂液或渗流流体；

所述试样变形与应力监测系统1用于监测试样试验过程中的裂缝扩展和试样内部的诱导应力演化规律及变形特性。

如图2所示，多功能反力架2由大尺寸反力架13，油缸8，油缸端传感器14，油缸端压头15，丝杠端压头9，丝杠10，丝杠大手轮11，移动支座12，底座16，底座加高座17组成。

底座与底座加高座17相连，底座16上设有反力架13，反力架13的上侧、右侧和后侧设有油缸8，油缸8朝向反力架13内部的一端与油缸端传感器14和油缸端压头15相连，油缸端压头15连接油缸端传感器14；反力架13在油缸8的相对侧设有丝杠10，丝杠10位于所述反力架13外部的的一端连接丝杠大手轮11，位于所述反力架13内部的一端连接丝杠端压头9，反力架13内部设有移动支座12。

其中大尺寸反力架13最高可以容纳450mm方形截面试样，同时在反力架13上设置角撑和加设增强连杆提升结构刚度，进而加强反力架承压能力，利于施加较大轴压；油缸8、油缸端压头15、油缸端传感器14组合可对试样施加轴向压力；丝杠大手轮11、丝杠10、丝杠端压头9组合可以调整试样与压头的距离，利于试样放置和轴压施加，并可用于反力加载；移动支座12用于试样的安装、移动和定位；底座16、底座加高座17组合用于稳定反力架13和提升反力架13高度；油缸端传感器14包含位移和力传感器，用于轴压位移控制和力控制的信号反馈。

如图3所示，移动支座12由上压盘加高块19、滚珠排左右挡板20、滚珠排底座21、底座连接盘22、滚子组装体23、滚珠排前后挡板24组成。

移动支座12上部连接底座连接盘22，底座连接盘22上部连接滚珠排底座21，滚珠排底座21上部是滚子组装体23，滚子组装体23的左右两侧是滚珠排左右挡板20，滚子组装体23的前后两侧是滚珠排前后挡板24，滚子组装体23上部连接上压盘加高块19。

其中，上压盘加高块19、滚珠排底座21、底座连接盘22用于移动支座12的支撑、固定和定位；滚珠排左右挡板20、滚珠排前后挡板22用于移动支座12的防护；滚子组装体23用于移动支座12的移动和定位。

如图4所示，围压加载系统3由控制器4及配套软件5、独立筏板支架28、三轴试验腔31、电机29、油泵27、油箱30、进油管、排气管、独立油源钣金件25、车轮26组成。

其中控制器4及配套软件5用于控制围压的压力加载模式；独立筏板28支架包含滤油器、围压传感器，使回油顺畅并完成围压信号的反馈和调整；三轴试验腔31用于放置受压试样；电机29、油泵27、油箱30通过对油泵27泵油，用于试样围压的施加；进油管、排气管用于油箱30油压的加载和排出箱内气体；独立油源钣金件25用于围压加载系统3的外部防护；车轮26用于系统的便捷式移动；控制器4及配套软件5与独立筏板支架28相连，独立筏板支架28另一端连接电机29，电机29与油泵27和油箱30相连，油泵27连接进油管，进油管和排气管与油箱相连。

如图5所示，三轴试验腔由围压室36、进水口42、出水口32、注油口39、排气口34、上法向位移计38、下法向位移计37、左剪切压头33、右剪切压头41、调整盖40、左锁紧螺母43、右锁紧螺母35组成。

围压室36的左右两侧为左剪切压头33和右剪切压头41，前后两侧与上法向位移计38和下法向位移计38相连，进水口42连接右剪切压头41，出水口32连接左剪切压头33，注油口39与围压室36上部相连，左锁紧螺母43和右锁紧螺母35用于连接调整盖40和围压室36。

其中围压室36用于放置试样；进水口42、出水口32用于试样的注水和排水；注油口39、排气口34用于试样的围压加载和排出缸内气体；左剪切压头33、右剪切压头41用于剪切试样和对试样施加压力；上法向位移计38、下法向位移计37用于测量试样的法向位移；调整盖40用于密封围压室36；左锁紧螺母43、右锁紧螺母35用于固定围压室36。

如图6所示，左/右剪切压头44由左剪切压头/右剪切压头主体45、进水口/出水口46、刚性半圆盘48、断面圆环同心槽49、聚四氟乙烯半圆盘47组成。

进水口/出水口46与下侧左剪切压头/右剪切压头主体45相连，左剪切压头/右剪切压头主体45右侧上部为刚性半圆盘48和聚四氟乙烯半圆盘47，下侧为断面圆环同心槽49。

其中剪切压头44与试样接触断面被设计成均匀分布的圆环同心槽，为剪切时岩石裂隙试样端部提供均匀分布的渗流流体；聚四氟乙烯半圆盘47与岩石相比易变形，用于提供剪切过程中剪切变形的空间。

如图7所示，轴压加载系统7由控制器4及配套软件5、筏板支架51、邮缸、传感器座、油缸端压头、油缸端传感器、电机29、油泵27、油箱30、进油管、油源柜50、车轮26组成。

其中控制器4及配套软件5将电脑轴压加载指令转换成电信号，用于实现轴压的位移控制和压力控制两种控制模式，并可实现竖向轴压加载、横向轴压加载、侧向轴压加载的三轴加载独立控制；筏板支架51包含滤油器、位移传感器、力传感器，使回油顺畅并完成轴压信号的反馈和调整；油缸、传感器座、油缸端压头用于对试样施加轴压；油缸端传感器用于将油缸端位移和压力传输到筏板支架51；电机29、油泵27、油箱30用于对油缸泵油；进油管用于油的传输；油源柜50用于轴压加载系统7的外部防护和轴压管路模式选择；车轮26用于系统的便捷式移动；控制器4及配套软件5与筏板支架51相连，筏板支架51另一端连接电机29和油缸端传感器，电机29与油泵27和油箱30相连，油泵27连接进油缸，油缸和传感器座与油缸端压头相连。

如图8所示，双水力伺服泵压系统6由控制器4及配套软件5、独立筏板、蓄水缸54、双向油缸55、双向缸活塞杆56、轴压加载系统7的油泵27、导向杆57、指针58、液压控制底板59、液压控制加固底座53、防护罩52、车轮26、注液管组成。

其中控制器4及配套软件5将注入液泵注指令转换成电信号，用于实现注入液的流量控制和压力控制两种控制模式；独立筏板支架包含流量传感器、压力传感器，通过流量和压力两种控制方式，完成液压信号的及时反馈和调整；蓄水缸54用于压裂液的存储；双向油缸55、双向缸活塞杆56、轴压加载系统7的油泵27用于控制蓄水缸54液体泵出；导向杆57用于双向缸活塞杆56定向，防止双向缸活塞杆56转动；指针58使双向缸活塞杆56位移可视化；液压控制底板59、液压控制加固底座53、防护罩52用于系统的加固和防护；控制器4及配套软件5与独立筏板相连，独立筏板另一端连接双向油缸55和注液管，注液管与蓄水缸54相连，双向油缸55与蓄水缸54、轴压加载系统7的油泵27和双向缸活塞杆56相连，双向缸活塞杆56上安装有导向杆57，导向杆57连接指针58。

试样变形与应力监测系统1由高速摄像机、声发射设备、非接触式电磁破裂监测设备、试样表面及内部的微型压力盒、光栅多点位移传感器等测量元件，计算机及配套软件组成。

其中高速摄像机用于实时记录试样表面的变形破坏过程；声发射设备和非接触式电磁破裂监测设备用于动态监测试样内部和表面的变形破坏过程；微型压力盒、光栅多点位移传感器等测量元件与计算机相连接并用于监测储层岩石内部的诱导应力演化规律和岩体变形特性，最后通过计算机及配套软件实现对数据的实时记录、存储和分析。

采用本实施例所述的多功能岩石力学试验系统，能够实现以下试验的测试。

1.单轴压缩试验

步骤一：安装岩石试样；步骤二：检测试样变形与应力监测系统1；步骤三：检测轴压加载系统7；步骤四：检测油缸端位移传感器；步骤五：在配套软件5上设置轴压的压力/位移加载模式；步骤六：实现岩石试样的单轴压缩试验；

在步骤一中将岩石试样利用移动支座12安装至多功能反力架2内，并调整到合适位置。

步骤二中高速摄像机实时记录试样压缩变形破坏过程；非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于试样周围，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程。

步骤三中启动竖向轴压加载系统，利用竖向油缸端压头对试样施加纵向轴压。

步骤四中位移传感器用于测量单轴压缩试验过程中油缸端压头在竖直方向上的位移。

步骤五利用控制器4及配套软件5可以设置轴压的压力/位移加载模式。

2.巴西劈裂试验

步骤一：安装岩石试样；步骤二：检测试样变形与应力监测系统；步骤三：检测轴压加载系统；步骤四：检测油缸端位移传感器；步骤五：在配套软件上设置轴压的压力/位移加载模式；步骤六：实现岩石试样的巴西劈裂试验；

在步骤一中将岩石试样调放于巴西劈裂夹具，利用移动支座12安装至多功能反力架2内，并调整到合适位置。

步骤二中高速摄像机实时记录试样压缩变形破坏过程；非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于试样周围，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程。

步骤三中启动竖向轴压加载系统，利用竖向油缸端压头对试样施加纵向轴压。

步骤四中位移传感器用于测量巴西劈裂试验过程中油缸端压头在竖直方向上的位移。

步骤五利用控制器及配套软件可以设置轴压的压力/位移加载控制模式。

3.直接拉伸试验

步骤一：安装岩石试样；步骤二：检测试样变形与应力监测系统；步骤三：检测轴压加载系统；步骤四：检测油缸端位移传感器；步骤五：在配套软件上设置轴压的压力/位移加载模式；步骤六：实现岩石试样的直接拉伸试验。

在步骤一中在移动支座和竖向轴压加载的外拉弹簧球座处安装拉头，其中岩石试样一端固定于移动支座拉头，并利用移动支座安装至多功能反力架内，并调整到合适位置。

步骤二中高速摄像机实时记录试样压缩变形破坏过程；非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于试样周围，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程。

步骤三中启动竖向轴压加载系统，将竖向油缸端压头移动到试样上侧一定位置时，外拉弹簧球座处拉头与试样连接，之后竖向油缸端压头在受控条件下开展反向运动。

步骤四中位移传感器用于测量直接拉伸试验过程中油缸端压头在竖直方向上的位移。

步骤五利用控制器及配套软件可以设置轴压的压力/位移加载模式。

4.常规三轴压缩试验

步骤一：安装岩石试样；步骤二：检测试样变形与应力监测系统；步骤三：检测轴压加载系统及控制系统和围压加载系统及控制系统；步骤四：检测法向位移计和油缸端传感器；步骤五：在配套软件上设置力/位移加载模式；步骤六：实现岩石试样的常规三轴压缩试验；

在步骤一中先将聚四氟乙烯半圆盘替换为刚性半圆盘，并将岩石试样放置在左剪切压头和右剪切压头之间；用热缩管将左剪切压头、右剪切压头和岩石试样包裹固定，形成一个组合体，防止压头与试样在安装加载过程中出现偏心；将密封套管安装在围压室内，上法向位移计、下法向位移计、围压室主体和密封套管共同组成围压室，并使得围压油与试样分隔；将组合体按从左至右顺序安装至密封套管内，通过右锁紧螺母安装的调整盖来微调组合体位置，确保试样安装的位置准确；将整体围压室利用移动支座安装至多功能反力架内。

步骤二中声发射探头粘接于围压缸上，非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于围压缸四周，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程。

步骤三中启动轴压加载系统，利用油缸端压头对试样施加横向轴压；通过注油口将围压油注入围压室内，实现对试样围压的施加。

步骤四中测量并记录试样法向位移：上法向位移计和下法向位移计用于测量常规三轴压缩试验过程中试样的法向位移。

5.双轴加压下的直接剪切试验

步骤一：安装岩石试样；步骤二：检测试样变形与应力监测系统；步骤三：检测轴压加载系统；步骤四：检测油缸端位移传感器；步骤五：在配套软件上设置力/位移加载模式；步骤六：实现岩石试样的直接剪切试验；

在步骤一中将岩石试样利用移动支座安装至多功能反力架内。

步骤二中高速摄像机实时记录试样压裂变形破坏过程；声发射探头粘接于试样表面，非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于试样周围，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程；微型压力盒、光栅多点位移传感器等测量元件预制或粘贴在试样上，用于监测储层岩石内部的诱导应力演化规律和岩体变形特性。

步骤三中在预制试样上侧放置方形压板；启动竖向轴压加载系统，利用竖向油缸端压头对试样施加纵向轴压。在预制试样左右两侧放置特质的方形压板，方形压板上半部分为聚四氟乙烯材料；启动横向轴压加载系统，利用横向油缸端压头对试样施加横向压力，进行直接剪切。

步骤四中位移传感器用于测量直接剪切试验过程中油缸端压头在水平和竖直方向上的位移。

6.单轴压力和围压作用下的直接剪切试验

步骤一：安装岩石试样；步骤二：检测试样变形与应力监测系统；步骤三：检测轴压加载系统和围压加载系统；步骤四：检测法向位移计和油缸端传感器；步骤五：在配套软件上设置力/位移加载模式；步骤六：实现岩石试样的直接剪切试验。

在步骤一中将岩石试样放置在左剪切压头和右剪切压头之间，同时保证剪切压头主体突出的平面与岩石裂隙面处于同一水平，确保试样能被正常剪切；用热缩管将左剪切压头、右剪切压头和岩石试样包裹固定，形成一个组合体，防止压头与试样在安装加载过程中出现偏心；将密封套管安装在围压室内，上法向位移计、下法向位移计、围压室主体和密封套管共同组成围压室，并使得围压油与试样分隔；将组合体按从左至右顺序安装至密封套管内，通过右锁紧螺母安装的调整盖来微调组合体位置，确保试样安装的位置准确；将整体围压室利用移动支座安装至多功能反力架内。

步骤二中声发射探头粘接于围压缸上，非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于围压缸四周，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程。

步骤三中启动轴压加载系统，利用油缸端压头对试样施加横向轴压；启动围压加载系统，通过注油口将围压油注入围压室内，实现对试样围压的施加。

步骤四中测量并记录试样的剪切位移和法向位移：横向轴压加载装置中油缸端传感器上的位移传感器可以用于测量直接剪切试验中的剪切位移，上法向位移计和下法向位移计用于测量直接剪切试验过程中试样的法向位移。

7.裂隙岩石剪切渗流试验

步骤一：安装岩石试样；步骤二：启动试样变形与应力监测系统；步骤三：检测轴向加载系统和围压加载系统；步骤四：检测法向位移计和油缸端传感器；步骤五：检测水力伺服泵压系统；步骤六：在配套软件上设置力/位移加载模式以及渗流流体的流量/压力控制模式；步骤七：实现裂隙岩石剪切渗流试验；

在步骤一中将岩石试样放置在左剪切压头和右剪切压头之间，同时保证剪切压头主体突出的平面与岩石裂隙面处于同一水平，确保试样能被正常剪切；用热缩管将左剪切压头、右剪切压头和岩石试样包裹固定，形成一个组合体，防止压头与试样在安装加载过程中出现偏心；将密封套管安装在围压室内，上法向位移计、下法向位移计、围压室主体和密封套管共同组成围压室，并使得围压油与岩石裂隙试样分隔；将组合体按从左至右顺序安装至密封套管内，通过右锁紧螺母安装的调整盖来微调组合体位置，确保试样安装的位置准确；将整体围压室利用移动支座安装至多功能反力架内。

步骤二中声发射探头粘接于围压缸上，非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于围压缸四周，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程。

步骤三中通过轴压加载系统，利用油缸端压头对试样施加横向轴压；通过注油口将围压油注入围压室内，实现对试样围压的施加。

步骤四中测量并记录试样的剪切位移和法向位移：横向轴压加载装置中油缸端传感器上的位移传感器可以用于测量剪切渗流试验中的剪切位移，上法向位移计和下法向位移计用于测量直接剪切试验过程中试样的法向位移。

步骤五中通过水力伺服泵压系统进行渗流流体的流量/压力控制，渗流流体通过注液管和进水口注入，然后流体经过右剪切压头流入裂隙岩石试样中，并经过左剪切压头、出水口流出；本系统含有双水力伺服泵压系统，可以同步开启另一水力伺服泵压系统，实现岩石试样出水端渗流流体的流量/压力控制。

8.单轴加压和围压作用下的水力压裂试验

步骤一：安装岩石试样；步骤二：检测试样变形与应力监测系统；步骤三：检测轴向加载系统和围压加载系统；步骤四：检测法向位移计和油缸端传感器；步骤五：检测水力伺服泵压系统；步骤六：在配套软件上设置力/位移加载模式以及压裂液的流量/压力控制模式；步骤七：实现岩石试样的水力压裂试验；

在步骤一中先将左剪切压头/右剪切压头与试样接触断面处的圆环同心槽替换为只含中间出水孔的刚性圆盘，并将带有预制钻孔的岩石试样放置在左剪切压头和右剪切压头之间；用热缩管将左剪切压头、右剪切压头和岩石试样包裹固定，形成一个组合体，防止压头与试样在安装加载过程中出现偏心；将密封套管安装在围压室内，上法向位移计、下法向位移计、围压室主体和密封套管共同组成围压室，并使得围压油与岩石裂隙试样分隔；将组合体按从左至右顺序安装至密封套管内，通过右锁紧螺母安装的调整盖来微调组合体位置，确保试样安装的位置准确；将整体围压室利用移动支座安装至多功能反力架内。

步骤二中声发射探头粘接于围压缸上，非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于围压缸四周，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程。

步骤三中启动轴压加载系统，利用油缸端压头对试样施加横向轴压；通过注油口将围压油注入围压室内，实现对试样围压的施加。

步骤四中上法向位移计和下法向位移计用于测量水力压裂试验过程中试样的法向位移。

步骤五中启动水力伺服泵压系统，对压裂液进行流量/压力控制，之后压裂液经过注液管和进水口注入带有预制钻孔的岩石试样。

9.双轴加压下的水力压裂试验

步骤一：安装岩石试样；步骤二：检测试样变形与应力监测系统；步骤三：检测轴压加载系统；步骤四：检测油缸端位移传感器；步骤五：检测水力伺服泵压系统；步骤六：在配套软件上设置力/位移加载模式以及压裂液的流量/压力控制模式；步骤七：实现岩石试样的水力压裂试验；

在步骤一中将带有钻孔的岩石试样利用移动支座安装至多功能反力架内。

步骤二中高速摄像机实时记录试样压裂变形破坏过程；声发射探头粘接于试样表面，非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于试样周围，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程；微型压力盒、光栅多点位移传感器等测量元件预制或粘贴在试样上，用于监测储层岩石内部的诱导应力演化规律和岩体变形特性。

步骤三中在预制试样左右两侧及上侧放置方形压板；启动轴压加载系统，利用横向和竖向油缸端压头对试样施加横向轴压和纵向轴压，以模拟储层地应力。

步骤四中位移传感器用于测量水力压裂试验过程中油缸端压头在水平和垂直方向上的位移。

步骤五中将水力伺服泵压系统的注液管连接预制钻孔接头，压裂液通过注液管和进水口注入带有预制钻孔的岩石试样；本系统含有双水力伺服泵压系统，可以同步开启另一水力伺服泵压系统，实现岩石试样的双钻孔水力压裂试验。

10.三轴加压下的水力压裂试验

步骤一：安装岩石试样；步骤二：检测试样变形与应力监测系统；步骤三：检测轴压加载系统；步骤四：检测油缸端位移传感器；步骤五：检测水力伺服泵压系统；步骤六：在配套软件上设置力/位移加载模式以及压裂液的流量/压力控制模式；步骤七：实现岩石试样的水力压裂试验；

在步骤一中将带有钻孔的岩石试样利用移动支座安装至多功能反力架内。

步骤二中高速摄像机实时记录试样压裂变形破坏过程；声发射探头粘接于试样表面，非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于试样周围，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程；微型压力盒、光栅多点位移传感器等测量元件预制或粘贴在试样上，用于监测储层岩石内部的诱导应力演化规律和岩体变形特性。

步骤三中在预制试样左右、前后及上下侧放置方形压板；启动轴压加载系统，利用油缸端压头对试样施加三向轴压，以模拟储层地应力。

步骤四中位移传感器用于测量水力压裂试验过程中油缸端压头的位移。

步骤五中将水力伺服泵压系统的注液管连接预制钻孔接头，压裂液通过注液管和进水口注入带有预制钻孔的岩石试样；本系统含有双水力伺服泵压系统，可以同步开启另一水力伺服泵压系统，实现岩石试样的双钻孔水力压裂试验。

实施例二

本实施例提供了一种多功能岩石力学试验系统的试验方法。

如图9所示，一种多功能岩石力学试验系统的试验方法，采用实施例一所述的多功能岩石力学试验系统，包括：

将裂隙岩石试样安装在多功能反力架上；

通过轴压加载系统，利用油缸端压头对裂隙岩石试样施加轴向荷载，实现轴向荷载的压力/位移控制；利用轴压加载系统中油缸端传感器上的位移传感器测量剪切渗流试验中的剪切位移；

通过围压加载系统，围压油经过注油口注入围压室，实现对裂隙岩石试样围压的施加，获得围压数值，加载至目标围压值后保持围压不变；

检测所述围压加载系统的上法向位移计和下法向位移计以及和油缸端传感器，得到剪切渗流试验过程中试样的法向位移和剪切渗流试验中的剪切位移；

通过双水力伺服泵压系统进行渗流流体的流量/压力控制，渗流流体通过注液管和进水口注入，然后流体经过右剪切压头流入裂隙岩石试样中，并经过左剪切压头、出水口流出；同步开启出水端的水力伺服泵压系统，实现岩石试样的出水端渗流流体的流量/压力控制；

通过试样变形与应力监测系统，监测裂隙岩石试验过程中的裂缝扩展和试样内部的诱导应力演化规律及变形特性；

实现裂隙岩石剪切渗流试验。

下面对本实施例的技术方案进行详细描述，试验步骤为：

步骤一：安装裂隙岩石试样；

步骤二：启动试样变形与应力监测系统；

步骤三：检测轴向加载系统和围压加载系统；

步骤四：检测法向位移计和油缸端传感器；

步骤五：检测水力伺服泵压系统；

步骤六：在配套软件上设置力/位移加载模式以及渗流流体的流量/压力控制模式；

步骤七：实现裂隙岩石剪切渗流试验；

具体地，其试验操作如下：加工50×100mm的标准圆柱形砂岩试样，利用巴西劈裂试验设备对砂岩试样进行劈裂，形成与端面平行的水平裂隙面，获得裂隙砂岩试样，然后将左剪切压头、裂隙砂岩试样、右剪切压头和热缩管装配在一起，保证剪切压头主体突出的平面与岩石裂隙面处于同一水平；将密封套管安装在围压室内，上法向位移计、下法向位移计、围压室主体和密封套管共同形成围压室，同时使得围压油与裂隙岩石试样分隔；将组合体按从左至右顺序安装至密封套管内，通过右锁紧螺母安装的调整盖来微调组合体位置，确保试样安装的位置准确；将整体围压室利用移动支座安装至多功能反力架内；声发射探头粘接于围压缸上，非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于围压缸四周，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程；通过围压加载系统，围压油经过注油口注入围压室，实现对裂隙岩石试样围压的施加，并在控制器及配套软件中获得围压具体的值，加载至目标围压值后保持围压不变；通过水力伺服泵压系统进行渗流流体的流量/压力控制，渗流流体通过注液管和进水口注入，然后流体经过右剪切压头流入裂隙岩石试样中，并经过左剪切压头、出水口流出；同步开启出水端的水力伺服泵压系统，实现岩石试样的出水端渗流流体的流量/压力控制；通过轴压加载系统，利用油缸端压头对裂隙岩石试样施加轴向荷载，控制器及配套软件可以实现轴向荷载的压力/位移控制；利用横向轴压加载装置中油缸端传感器上的轴向位移传感器可以用于测量剪切渗流试验中的剪切位移，上法向位移计和下法向位移计用于测量直接剪切试验过程中试样的法向位移。

实施例三

本实施例提供了一种多功能岩石力学试验系统的试验方法。

如图9所示，一种多功能岩石力学试验系统的试验方法，采用实施例一所述的多功能岩石力学试验系统，包括：

将岩石试样安装在多功能反力架上；

通过轴压加载系统，利用油缸端压头对岩石试样施加轴向荷载，实现轴向荷载的压力/位移控制；当加载至目标压力值后保持压力不变；

通过双水力伺服泵压系统控制岩石试样压裂流体的流量/压力控制；

通过试样变形与应力监测系统，监测岩石试样内部的诱导应力演化规律和岩体变形特性；

实现岩石试样的水力压裂试验。

下面对本实施例的技术方案进行详细描述，试验步骤为：

步骤一：安装岩石试样；

步骤二：检测试样变形与应力监测系统；

步骤三：检测轴压加载系统及控制系统；

步骤四：检测油缸端位移传感器；

步骤五：检测水力伺服泵压系统；

步骤六：在配套软件上设置力/位移加载模式以及压裂液的流量/压力控制模式；

步骤七：实现岩石试样的水力压裂试验；

具体地，其试验操作如下：加工边长300mm的标准立方体砂岩试样，在试样中心钻取直径12mm、深150mm的模拟井筒，并将带有模拟井筒的岩石试样利用移动支座安装至多功能反力架内；通过移动支座将试样调整到主机架中心位置，并在试样左右及上方放置方形压板；高速摄像机置于试样可视位置，实时记录试样压裂破坏过程；声发射探头粘接于试样上，非接触式电磁破裂监测设备的非接触式探头放置于主机架四周，动态监测试样内部和表面的变形破坏过程；微型压力盒、光栅多点位移传感器等测量元件预制或粘贴在试样上，用于监测储层岩石内部的诱导应力演化规律和岩体变形特性；通过轴压加载系统，利用油缸端压头对裂隙岩石试样施加横向和纵向荷载，利用控制器及配套软件可以实现轴向荷载的压力/位移控制；加载至目标压力值后保持压力不变；将水力伺服泵压系统的注液管和模拟井筒口相连接，利用控制器及配套软件进行压裂流体的流量/压力控制，压裂液通过注液管和进水口注入。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能岩石力学试验系统的试验方法，其特征在于，采用一种多功能岩石力学试验系统，包括：

将裂隙岩石试样安装在多功能反力架上；

通过轴压加载系统，利用油缸端压头对裂隙岩石试样施加轴向荷载，实现轴向荷载的压力/位移控制；利用轴压加载系统中油缸端传感器上的位移传感器测量剪切渗流试验中的剪切位移；

通过围压加载系统，围压油经过注油口注入围压室，实现对裂隙岩石试样围压的施加，获得围压数值，加载至目标围压值后保持围压不变；

检测所述围压加载系统的上法向位移计和下法向位移计以及和油缸端传感器，得到剪切渗流试验过程中试样的法向位移和剪切渗流试验中的剪切位移；

通过双水力伺服泵压系统进行渗流流体的流量/压力控制，渗流流体通过注液管和进水口注入，然后流体经过右剪切压头流入裂隙岩石试样中，并经过左剪切压头、出水口流出；同步开启出水端的水力伺服泵压系统，实现岩石试样的出水端渗流流体的流量/压力控制；

通过试样变形与应力监测系统，监测裂隙岩石试验过程中的裂缝扩展和试样内部的诱导应力演化规律及变形特性；

实现裂隙岩石剪切渗流试验；

其中，所述多功能岩石力学试验系统，包括：

多功能反力架，用于固定和放置试样，内部设有油缸端传感器，用于轴压位移控制和力控制的信号反馈；

连接所述多功能反力架的围压加载系统，用于向试样施加围压；

连接所述多功能反力架的轴压加载系统，用于向试样施加轴压；

连接所述多功能反力架的双水力伺服泵压系统，用于向试样中泵注压裂液或渗流流体；

试样变形与应力监测系统，用于监测试样试验过程中试样的裂缝扩展和试样内部的诱导应力演化规律及变形特性；

均连接所述多功能反力架、围压加载系统、轴压加载系统、双水力伺服泵压系统和试样变形与应力监测系统的控制器和终端设备；

其中，所述控制器及终端设备能够实现所述轴压加载系统的位移控制和压力控制两种加载控制模式，并实现竖向轴压加载、横向轴压加载、侧向轴压加载的三轴加载独立控制；

所述围压加载系统包括独立筏板支架、油箱和三轴试验腔，所述三轴试验腔包括围压室，所述围压室包括左围压室和右围压室；所述左围压室的外侧设有左剪切头，所述右围压室的外侧设有右剪切头，所述左剪切头和右剪切头均用于剪切试样和对试样施加压力；所述左剪切头和右剪切头上均设有出水口和进水口，用于试样的排水和注水；

所述左剪切头分为上下两侧，上侧分为刚性半圆盘和聚四氟乙烯半圆盘两部分，左剪切头的下侧为断面圆环同心槽；聚四氟乙烯半圆盘在刚性半圆盘的右侧，聚四氟乙烯半圆盘直接与试样接触；所述左剪切头和右剪切头与试样接触断面为均匀分布的断面圆环同心槽，为剪切时岩石裂隙试样端部提供均匀分布的渗流流体；所述聚四氟乙烯半圆盘用于提供剪切过程中剪切变形空间的聚四氟乙烯半圆盘；

所述多功能岩石力学试验系统还可用于开展储层岩石基本力学试验，包括单轴压缩试验、巴西劈裂试验、直接拉伸试验、三轴压缩试验、双轴加压下的直接剪切试验、单轴压力和围压作用下的直接剪切试验。

2.一种多功能岩石力学试验系统的试验方法，其特征在于，采用一种多功能岩石力学试验系统，包括：

将岩石试样安装在多功能反力架上；

通过轴压加载系统，利用油缸端压头对岩石试样施加轴向荷载，实现轴向荷载的压力/位移控制；当加载至目标压力值后保持压力不变；

通过双水力伺服泵压系统控制岩石试样压裂流体的流量/压力控制；

通过试样变形与应力监测系统，监测岩石试样内部的诱导应力演化规律和岩体变形特性；

实现岩石试样的水力压裂试验；所述水力压裂试验包括单轴加压和围压作用下的水力压裂试验、双轴加压下的水力压裂试验、三轴加压下的水力压裂试验；

其中，所述多功能岩石力学试验系统，包括：

多功能反力架，用于固定和放置试样，内部设有油缸端传感器，用于轴压位移控制和力控制的信号反馈；

连接所述多功能反力架的围压加载系统，用于向试样施加围压；

连接所述多功能反力架的轴压加载系统，用于向试样施加轴压；

连接所述多功能反力架的双水力伺服泵压系统，用于向试样中泵注压裂液或渗流流体；

试样变形与应力监测系统，用于监测试样试验过程中试样的裂缝扩展和试样内部的诱导应力演化规律及变形特性；

均连接所述多功能反力架、围压加载系统、轴压加载系统、双水力伺服泵压系统和试样变形与应力监测系统的控制器和终端设备；

其中，所述控制器及终端设备能够实现所述轴压加载系统的位移控制和压力控制两种加载控制模式，并实现竖向轴压加载、横向轴压加载、侧向轴压加载的三轴加载独立控制；

所述围压加载系统包括独立筏板支架、油箱和三轴试验腔，所述三轴试验腔包括围压室，所述围压室包括左围压室和右围压室；所述左围压室的外侧设有左剪切头，所述右围压室的外侧设有右剪切头，所述左剪切头和右剪切头均用于剪切试样和对试样施加压力；所述左剪切头和右剪切头上均设有出水口和进水口，用于试样的排水和注水；

所述左剪切头分为上下两侧，上侧分为刚性半圆盘和聚四氟乙烯半圆盘两部分，左剪切头的下侧为断面圆环同心槽；聚四氟乙烯半圆盘在刚性半圆盘的右侧，聚四氟乙烯半圆盘直接与试样接触；所述左剪切头和右剪切头与试样接触断面为均匀分布的断面圆环同心槽，为剪切时岩石裂隙试样端部提供均匀分布的渗流流体；所述聚四氟乙烯半圆盘用于提供剪切过程中剪切变形空间的聚四氟乙烯半圆盘；

所述多功能岩石力学试验系统可用于开展储层岩石基本力学试验，包括单轴压缩试验、巴西劈裂试验、直接拉伸试验、三轴压缩试验、双轴加压下的直接剪切试验、单轴压力和围压作用下的直接剪切试验。

3.根据权利要求1或2任一项所述的多功能岩石力学试验系统的试验方法，其特征在于，所述多功能反力架包括：底座加高座，所述底座加高座上设有底座，所述底座上设有反力架，所述反力架的三个方向上设有油缸，所述油缸朝向反力架内部的一端设有油缸端传感器和油缸端压头，所述油缸端压头连接所述油缸端传感器，所述油缸端传感器包括位移传感器和力传感器；所述油缸、油缸端压头、油缸端传感器的组合用于对试样施加轴向压力；所述反力架上设有丝杠，所述丝杠位于所述反力架外部的的一端连接丝杠大手轮，位于所述反力架内部的的一端连接丝杠端压头，所述丝杠、丝杠大手轮和丝杠端压头的组合用于整试样与所述油缸端压头的距离，所述反力架内部设有移动支座，用于试样的安装、移动和定位；同时在反力架上设置角撑和加设增强连杆提升结构刚度，加强反力架承压能力，利于施加较大轴压；所述移动支座上部连接底座连接盘，底座连接盘上部连接滚珠排底座，滚珠排底座上部是滚子组装体，滚子组装体的左右两侧是滚珠排左右挡板，滚子组装体的前后两侧是滚珠排前后挡板，滚子组装体上部连接上压盘加高块。

4.根据权利要求1或2任一项所述的多功能岩石力学试验系统的试验方法，其特征在于，所述独立筏板支架设置于所述围压加载系统的一侧，所述油箱设置于所述围压加载系统的另一侧，所述油箱上设有电机，所述电机上设有油泵，所述三轴试验腔设置于双向油缸与反力架构成面中心位置的移动支座上。

5.根据权利要求4所述的多功能岩石力学试验系统的试验方法，其特征在于，所述围压室的上端设有上法向位移计，所述围压室的下端设有下法向位移计，所述上法向位移计和下法向位移计均用于测量试样的法向位移；所述围压室的两侧均设有排气口和注油口，所述注油口用于试样的围压加载，所述排气口用于排出缸内气体；左围压室通过左锁紧螺母固定，右围压室通过右锁紧螺母固定。

6.根据权利要求1或2任一项所述的多功能岩石力学试验系统的试验方法，其特征在于，所述轴压加载系统包括筏板支架和油箱，所述筏板支架设置于所述轴压加载系统的一侧，所述油箱设置于所述轴压加载系统的另一侧，所述油箱上设有电机，所述电机上设有油泵。

7.根据权利要求1或2任一项所述的多功能岩石力学试验系统的试验方法，其特征在于，所述双水力伺服泵压系统包括：防护罩，所述防护罩的内部设有蓄水缸，用于压裂液的存储；所述蓄水缸连接双向油缸，所述双向油缸连接双向缸活塞杆，所述双向缸活塞杆上安装有导向杆，所述导向杆用于双向缸活塞杆定向，防止所述双向缸活塞杆转动；所述导向杆连接指针，所述指针使双向缸活塞杆位移可视化。

8.根据权利要求1或2任一项所述的多功能岩石力学试验系统的试验方法，其特征在于，所述试样变形与应力监测系统包括：高速摄像机，用于实时记录试样表面的变形破坏过程；声发射设备和非接触式电磁破裂监测设备用于动态监测试样内部和表面的变形破坏过程；微型压力盒和光栅多点位移传感器用于监测储层岩石内部的诱导应力演化规律和岩体变形特性。

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