CN114509366B - 一种岩石真三轴试验机性能评定方法 - Google Patents
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Abstract
一种岩石真三轴试验机性能评定方法，包括以下三个方面：①、传感器标定；根据传感器使用工况的不同，分为常温常压条件下的传感器标定、常温高压条件下的传感器标定及高温高压条件下的传感器标定；②、性能测试；根据性能要求的不同，分为单项性能测试和综合项性能测试；③、功能测试；根据功能要求的不同，分为真三轴加卸载功能测试、真三轴长期保载功能测试、真三轴高温与渗透流体压力耦合功能测试及真三轴试验数据可靠性测试。本发明的岩石真三轴试验机性能评定方法，用于规范岩石真三轴试验机的研制，促进岩石真三轴试验机性能水平的提升，促进岩石真三轴试验机更高质量的输出试验数据，助力岩石真三轴试验机进入标准化产品生产阶段的进程。
Description
技术领域
本发明属于岩石力学技术领域，特别是涉及一种岩石真三轴试验机性能评定方法。
背景技术
深部岩石工程是深部金属矿山开采、深部油气资源开发、深埋铁路隧道掘进和深部地热资源开发等工程的泛称，此类工程对象随着埋深的增加，地应力也会显著提高。开挖扰动导致应力空间内的最大主应力(σ1)、中间主应力(σ2)、最小主应力(σ3)的大小和方向发生复杂变化，从而导致深部岩石工程开挖过程中经常发生岩爆和大塌方等地质灾害。
过去，岩石力学理论大多是基于常规三轴压缩(σ1>σ2＝σ3)试验的认知而建立，即忽略了中间主应力的影响。近年来，随着深部岩石工程的需要，一系列岩石真三轴(σ1>σ2≥σ3)试验机相继研制。基于真三轴试验的新发现，也随之产生了新的岩石力学理论，促进了岩石力学学科的发展。当前，岩石真三轴试验只有国际岩石力学与岩石工程学会2019年的试验建议方法“ISRM Suggested Method：Determining Deformation and FailureCharacteristics of Rocks Subjected to True Triaxial Compression”和中国岩石力学与工程学会于2021年7月1日发布实施的《岩石真三轴试验规程》(TCSRME 007-2021)来规范和指导试验操作。
由于深部岩石工程具有的特点，岩石真三轴试验机也必须相应满足输出荷载大、测量试样变形小、脆性破坏冲击大、甚至耦合高温环境和高压流体作用的设计需求，以便有效模拟深部地质环境。同时因岩石脆性破裂还具有短时性和高破裂能释放特点，这便给岩石真三轴试验机的研制带来技术上的极大挑战，致使已研制的各类岩石真三轴试验机的性能水平参差不齐。
由于岩石真三轴试验机是力学试验数据获得的基础，岩石真三轴试验机的性能水平必然影响试验结果的可靠性，目前岩石真三轴试验机的研制还停留在单机定制阶段，始终没有进入标准化产品生产阶段。同时也缺少一套用于评定岩石真三轴试验机性能的方法，这进一步阻碍了岩石真三轴试验机进入标准化产品生产阶段的进程。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种岩石真三轴试验机性能评定方法，用于规范岩石真三轴试验机的研制，促进岩石真三轴试验机性能水平的提升，促进岩石真三轴试验机更高质量的输出试验数据，助力岩石真三轴试验机进入标准化产品生产阶段的进程。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种岩石真三轴试验机性能评定方法，包括以下三个方面：
①、传感器标定；
根据传感器使用工况的不同，分为常温常压条件下的传感器标定、常温高压条件下的传感器标定及高温高压条件下的传感器标定；
②、性能测试；
根据性能要求的不同，分为单项性能测试和综合项性能测试；
③、功能测试；
根据功能要求的不同，分为真三轴加卸载功能测试、真三轴长期保载功能测试、真三轴高温与渗透流体压力耦合功能测试及真三轴试验数据可靠性测试。
当进行常温常压条件下的传感器标定时，只需记录实验室温度和大气压力即可，温度为0℃、压强为101.325kPa时的标准状况不作为限制条件；标定时，需要覆盖传感器的量程，采用多点正行程和回行程标定，建立电信号输出量和工程测量值之间的关系，采用最小二乘法计算标定传感器的测量误差，确定传感器的标定系数和精度，要求传感器标定后的全量程精度不小于0.2％。
当进行常温高压条件下的传感器标定时，需要将传感器置于高压容器内，该高压容器需要具备应力和位移输入能力的低摩擦活塞，用于在标定时完成目标应力和位移梯度的建立；标定时，需要覆盖传感器的量程，采用多点正行程和回行程标定，建立电信号输出量和工程测量值之间的关系，采用最小二乘法计算标定传感器的测量误差，确定传感器的标定系数和精度，要求传感器标定后的全量程精度不小于0.2％；标定完成后，获得的标定系数用于真三轴对应试验条件下的测量；在一次标定工作中，需要尽可能完成在不同恒压力等级下的标定，以此获得不同恒压力条件下的传感器标定系数，用于真三轴试验机特定工况下的测量。
当进行高温高压条件下的传感器标定时，需要将传感器置于高压容器内，该高压容器需要具备加热能力的外置电阻加热器，用于在标定时建立恒高温条件，待标定环境温度平衡后再施加目标压力，待温度和压力均建立平衡条件后再进行传感器标定；标定时，需要覆盖传感器的量程，采用多点正行程和回行程标定，建立电信号输出量和工程测量值之间的关系，采用最小二乘法计算标定传感器的测量误差，确定传感器的标定系数和精度，要求传感器标定后的全量程精度不小于0.2％；在一次标定工作中，需要尽可能完成在不同恒压力和恒温度组合条件下的标定，以此获得不同恒压力和恒温度组合条件下的传感器标定系数，用于真三轴试验机特定工况下的测量。
当进行单项性能测试时，首先需要依次评价最大主应力的最大加载能力、中间主应力的最大加载能力、最小主应力的最大加载能力是否符合设计值，选用高强度合金钢块作为受载对象，采用力控加载方式，力加载速率为0.5～2kN/s，当达到设定的最大荷载时，进行1h保载，要求1h保载时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；当最大加载能力测试完成后，再依次评价最大/中间/最小主应力分别为75％、50％、25％和5％荷载等级的载荷控制稳定性，且在不同载荷等级下的保载时间也为1h，同样要求保载时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；当不同荷载等级性能测试完成后，需要评价不同主应力方向上的位移运动控制性能，此时岩石真三轴试验机的压力室内不需要受载对象，不同主应力方向均采用位移控制加载方式，位移加载速率为0.0015～0.03mm/min，再依次评价各个主应力方向的作动器或者增压器行程分别为95％、75％、50％，25％和5％行程等级的位移控制稳定性，且在不同行程等级的目标行程下保持1h，要求1h的保持时间内的测试数据稳定性达到±0.5％以内，则测试结果满足要求；对于有高温、高压和流体压力加载能力的岩石真三轴试验机来说，需要评估各个耦合场设计目标分别在100％、75％、50％，25％和5％等级条件下的加载时间和控制目标的稳定性，选用岩石作为受载对象，且高温、高压和流体压力的耦合场达到设定的最大目标值时间在2h内，且在各个目标值下保持1h，要求1h的保持时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
当进行综合项性能测试时，首先需要评价三个方向主应力同步加载到极限状态时是否符合最大设计能力，然后需要评价三个方向主应力的协调加载能力是否存在滞后现象；选用高强度合金钢块作为受载对象，采用力控加载方式，同步加载三个方向主应力同时到达各自的最大载荷，力加载速率为0.5～2kN/s，当达到设定的最大荷载时，进行1h保载，要求三个方向主应力加载到达最大载荷的时间误差在0.01％以内，且1h的保载时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
当进行真三轴加卸载功能测试时，首先对应力控制功能进行测试，选用高强度合金钢块作为受载对象，采用力控加载方式，力加载速率为0.5～2kN/s，要求岩石真三轴试验机能够完成典型应力路径试验，且三个方向主应力加载应力的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；然后对位移控制功能进行测试，选用岩石作为受载对象，采用位移控制加载方式，位移加载速率为0.0015～0.03mm/min，要求岩石真三轴试验机能够得到完整的全应力-应变曲线，且位移加载的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
当进行真三轴长期保载功能测试时，首先对荷载长期保持性功能进行测试，选择典型荷载等级，保载时间为7d，要求在7d的保载时间内荷载控制的测试数据稳定性达到±1％以内，且要求在7d的保载时间内位移加载的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；然后对位移长期保持性功能进行测试，选择典型位移等级，保持时间为7d，要求在7d的保持时间内位移控制的测试数据稳定性达到±1％以内，且要求在7d的保持时间内载荷加载的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
当进行真三轴高温与渗透流体压力耦合功能测试时，首先进行流体泄露测试，采用增压装置向高强度合金钢块施加目标流体压力值，然后切断增压，并保持作动器位移不变，保持时间为1h，要求在1h的保持时间内流体压力的测试数据的稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；然后进行温度均匀性测试，将温度传感器安装到高强度合金钢块的上、中、下表面，向高强度合金钢块施加目标值温度，保持时间为1h，要求在1h的保持时间内温度的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
当进行真三轴试验数据可靠性测试时，首先进行无损检样，选取大块完整岩块进行加工，按照固定方向切割成多个标准岩样，且满足三个主应力方向的一致性，采用波速仪对标准岩样进行无损检测，在三个主应力方向上分别测试波速，并挑选至少3块同一方向波速相对误差在0.2％以内的试样；然后进行强度和变形参数的一致性检测，选取无损检测出的至少3块符合要求的试样，在同一个典型应力路径进行试验，要求所有试样的强度和变形参数的相对误差在5％内，则测试结果满足要求；其中，相对误差计算公式如下：
式中，w为相对误差，ai为求取相对误差的某一数值，其中i∈[1,n]，n为总个数。
本发明的有益效果：
本发明的岩石真三轴试验机性能评定方法，用于规范岩石真三轴试验机的研制，促进岩石真三轴试验机性能水平的提升，促进岩石真三轴试验机更高质量的输出试验数据，助力岩石真三轴试验机进入标准化产品生产阶段的进程。
附图说明
图1为三种典型真三轴加卸载系统测试应力控制的应力路径示意图；
图2为典型真三轴加卸载系统测试位移控制的应力路径示意图；
图3为典型真三轴蠕变试验系统测试应力控制的应力路径示意图；
图4为真三轴试验数据可靠性测试的强度变形结果曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种岩石真三轴试验机性能评定方法，包括以下三个方面：
①、传感器标定；
根据传感器使用工况的不同，分为常温常压条件下的传感器标定、常温高压条件下的传感器标定及高温高压条件下的传感器标定；
②、性能测试；
根据性能要求的不同，分为单项性能测试和综合项性能测试；
③、功能测试；
根据功能要求的不同，分为真三轴加卸载功能测试、真三轴长期保载功能测试、真三轴高温与渗透流体压力耦合功能测试及真三轴试验数据可靠性测试。
当进行常温常压条件下的传感器标定时，只需记录实验室温度和大气压力即可，温度为0℃、压强为101.325kPa时的标准状况不作为限制条件；标定时，需要覆盖传感器的量程，采用多点正行程和回行程标定，建立电信号输出量和工程测量值之间的关系，采用最小二乘法计算标定传感器的测量误差，确定传感器的标定系数和精度，要求传感器标定后的全量程精度不小于0.2％。具体的，实验室可以自行采用标定器具进行标定，也可以委托具有计量资质相关单位在实验室进行原位标定。
当进行常温高压条件下的传感器标定时，需要将传感器置于高压容器内，该高压容器需要具备应力和位移输入能力的低摩擦活塞，用于在标定时完成目标应力和位移梯度的建立；标定时，需要覆盖传感器的量程，采用多点正行程和回行程标定，建立电信号输出量和工程测量值之间的关系，采用最小二乘法计算标定传感器的测量误差，确定传感器的标定系数和精度，要求传感器标定后的全量程精度不小于0.2％；标定完成后，获得的标定系数用于真三轴对应试验条件下的测量；在一次标定工作中，需要尽可能完成在不同恒压力等级下的标定，以此获得不同恒压力条件下的传感器标定系数，用于真三轴试验机特定工况下的测量。
当进行高温高压条件下的传感器标定时，需要将传感器置于高压容器内，该高压容器需要具备加热能力的外置电阻加热器，用于在标定时建立恒高温条件，待标定环境温度平衡后再施加目标压力，待温度和压力均建立平衡条件后再进行传感器标定；标定时，需要覆盖传感器的量程，采用多点正行程和回行程标定，建立电信号输出量和工程测量值之间的关系，采用最小二乘法计算标定传感器的测量误差，确定传感器的标定系数和精度，要求传感器标定后的全量程精度不小于0.2％；在一次标定工作中，需要尽可能完成在不同恒压力和恒温度组合条件下的标定，以此获得不同恒压力和恒温度组合条件下的传感器标定系数，用于真三轴试验机特定工况下的测量。
具体的，仅以高温高压条件下的传感器标定进行举例说明，其中高温为100℃，高压为300MPa。标定时，首先将传感器固定到标定仪上，然后放置到高压容器内，之后将传感器与数据记录仪连接。上述准备工作完成后，封闭高压容器，然后通过外置电阻加热器将温度加热到100℃，之后向高压容器内施加流体压力至300MPa，随后在传感器的量程内按照梯度选择10个标定数值，最后对选取的标定数值进行正行程和回行程标定，记录传感器和标定仪数据，采用最小二乘法计算传感器和标定仪的数据误差，若传感器的全量程精度小于0.2％则结束标定。
当进行单项性能测试时，首先需要依次评价最大主应力的最大加载能力、中间主应力的最大加载能力、最小主应力的最大加载能力是否符合设计值，选用高强度合金钢块作为受载对象，采用力控加载方式，力加载速率为0.5～2kN/s，当达到设定的最大荷载时，进行1h保载，要求1h保载时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；当最大加载能力测试完成后，再依次评价最大/中间/最小主应力分别为75％、50％、25％和5％荷载等级的载荷控制稳定性，且在不同载荷等级下的保载时间也为1h，同样要求保载时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；当不同荷载等级性能测试完成后，需要评价不同主应力方向上的位移运动控制性能，此时岩石真三轴试验机的压力室内不需要受载对象，不同主应力方向均采用位移控制加载方式，位移加载速率为0.0015～0.03mm/min，再依次评价各个主应力方向的作动器或者增压器行程分别为95％、75％、50％，25％和5％行程等级的位移控制稳定性，且在不同行程等级的目标行程下保持1h，要求1h的保持时间内的测试数据稳定性达到±0.5％以内，则测试结果满足要求；对于有高温、高压和流体压力加载能力的岩石真三轴试验机来说，需要评估各个耦合场设计目标分别在100％、75％、50％，25％和5％等级条件下的加载时间和控制目标的稳定性，选用岩石作为受载对象，且高温、高压和流体压力的耦合场达到设定的最大目标值时间在2h内，且在各个目标值下保持1h，要求1h的保持时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
具体的，仅以评价最大主应力的最大加载能力是否符合设计值进行举例说明，首先将高强度合金钢块放入岩石真三轴试验机的压力室内加载位置，然后采用力控加载方式将最大主应力加载至最大载荷，力加载速率为1kN/s，当达到设定的最大荷载时，进行1h保载，若1h的保载时间内的测试数据误差波动在±1％以内，则测试结果可判定为合格。当最大加载能力测试完成后，再评价最大主应力为75％荷载等级的载荷控制稳定性，具体在0.015mm/min的位移加载速率下控制最大主应力方向的作动器活塞加载至其行程的75％，且在目标行程下保持1h，若1h的保持时间内的测试数据误差波动在±0.5％以内，则测试结果可判定为合格。当载荷控制稳定性测试完成后，评估高温耦合场为100℃的加载时间和控制目标的稳定性，先在岩石试样上安装温度传感器，再将岩石试样放置于压力室内，然后封闭压力室并充入液压油，之后加热液压油至100℃，在100℃下保持1h，若1h的保持时间内的温度测试数据误差波动在±1％以内，则测试结果可判定为合格。
当进行综合项性能测试时，首先需要评价三个方向主应力同步加载到极限状态时是否符合最大设计能力，然后需要评价三个方向主应力的协调加载能力是否存在滞后现象；选用高强度合金钢块作为受载对象，采用力控加载方式，同步加载三个方向主应力同时到达各自的最大载荷，力加载速率为0.5～2kN/s，当达到设定的最大荷载时，进行1h保载，要求三个方向主应力加载到达最大载荷的时间误差在0.01％以内，且1h的保载时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
需要说明的是，三个方向主应力理论上有无限种随机组合，在达到同步极限荷载能力性能评价要求后，实验室可以选取典型试验组合工况，完成不同应力组合条件下三个方向主应力同步协调加载能力稳定性评价，评价方法和评价标准可参考荷载控制等级标准的性能测试。另外，在单项性能测试中的位移控制评价中，已经反映了岩石真三轴试验机的该项指标的稳定性，因此综合项性能测试中，对于三个方向主应力的位移协调控制则不做要求。对于有高温、高压和流体压力加载能力的岩石真三轴试验机来说，需要以岩石作为受载对象，提取典型试验工况组合下的加载能力评价，评价方法和评价标准可参考荷载控制等级标准的性能测试。
具体的，仅以100℃高温条件下三个方向主应力同时加载至最大载荷进行举例说明，首先将高强度合金钢块放入岩石真三轴试验机的压力室内加载位置，然后封闭压力室并充入液压油，之后加热液压油至100℃，然后控制三个方向主应力以2kN/s的加载速率同步加载至最大载荷，并记录三个方向主应力加载至最大载荷的时间，之后在100℃下以及最大载荷条件下保持1h，若1h的保持时间内的加载时间误差在0.01％内，且测试数据误差波动在±1％以内，则测试结果可判定为合格。
当进行真三轴加卸载功能测试时，首先对应力控制功能进行测试，选用高强度合金钢块作为受载对象，采用力控加载方式，力加载速率为0.5～2kN/s，要求岩石真三轴试验机能够完成典型应力路径试验，且三个方向主应力加载应力的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；如图1所示，为三种典型真三轴加卸载系统测试应力控制的应力路径示意图；然后对位移控制功能进行测试，选用岩石作为受载对象，采用位移控制加载方式，位移加载速率为0.0015～0.03mm/min，要求岩石真三轴试验机能够得到完整的全应力-应变曲线，且位移加载的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；如图2所示，为典型真三轴加卸载系统测试位移控制的应力路径示意图。
具体的，仅以典型位移控制的应力路径的位移控制功能测试进行举例说明，首先将岩石试样装夹到夹具内，再安装位移传感器，之后将岩样组合体放入岩石真三轴试验机的压力室内加载位置，然后分别控制三个方向主应力依次施加5kN预应力，之后同时加载三个方向主应力至最小主应力值，并保持最小主应力恒定，然后同时加载最大主应力和中间主应力至中间主应力值，并保持中间主应力恒定，之后加载最大主应力到峰值强度的70％，最后在最大主应力方向上采用位移控制加载方式，位移加载速率为0.015mm/min，直到试验结束；采集试验数据并对数据进行分析处理，若可获得完整的全应力-应变曲线，则测试结果可判定为合格。
当进行真三轴长期保载功能测试时，首先对荷载长期保持性功能进行测试，选择典型荷载等级，保载时间为7d，要求在7d的保载时间内荷载控制的测试数据稳定性达到±1％以内，且要求在7d的保载时间内位移加载的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；然后对位移长期保持性功能进行测试，选择典型位移等级，保持时间为7d，要求在7d的保持时间内位移控制的测试数据稳定性达到±1％以内，且要求在7d的保持时间内载荷加载的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；如图3所示，为典型真三轴蠕变试验系统测试应力控制的应力路径示意图。
具体的，仅以典型真三轴蠕变位移控制的应力路径下荷载长期保持性功能测试进行举例说明，首先将高强度合金钢块放入岩石真三轴试验机的压力室内加载位置，然后分别控制三个方向主应力依次施加5kN预应力，之后同时加载三个方向主应力至最小主应力值，并保持最小主应力恒定，然后同时加载最大主应力和中间主应力至中间主应力值，并保持中间主应力恒定，之后加载最大主应力到峰值强度的70％，保持时间为7d，若在7d的保持时间内荷载控制的测试数据稳定性达到±1％以内，且在7d的保载时间内位移加载的测试数据稳定性达到±0.5％以内，则测试结果可判定为合格。
当进行真三轴高温与渗透流体压力耦合功能测试时，首先进行流体泄露测试，采用增压装置向高强度合金钢块施加目标流体压力值，然后切断增压，并保持作动器位移不变，保持时间为1h，要求在1h的保持时间内流体压力的测试数据的稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；然后进行温度均匀性测试，将温度传感器安装到高强度合金钢块的上、中、下表面，向高强度合金钢块施加目标值温度，保持时间为1h，要求在1h的保持时间内温度的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
具体的，仅以100℃高温及20MPa渗透流体压力耦合功能测试进行举例说明，首先将温度传感器安装到高强度合金钢块的上、中、下表面，然后将安装有温度传感器的高强度合金钢块放入岩石真三轴试验机的压力室内加载位置，然后封闭压力室并充入液压油，之后加热液压油至100℃，然后分别控制三个方向主应力依次施加5kN预应力，再采用增压装置向高强度合金钢块施加20MPa渗透流体压力，然后切断增压，并保持作动器位移不变，保持时间为1h，若在1h的保持时间内温度测试数据误差波动在±1％以内，且在1h的保持时间内流体压力的测试数据误差波动在±1％以内，则测试结果可判定为合格。
当进行真三轴试验数据可靠性测试时，首先进行无损检样，选取大块完整岩块进行加工，按照固定方向切割成多个标准岩样，且满足三个主应力方向的一致性，采用波速仪对标准岩样进行无损检测，在三个主应力方向上分别测试波速，并挑选至少3块同一方向波速相对误差在0.2％以内的试样；然后进行强度和变形参数的一致性检测，选取无损检测出的至少3块符合要求的试样，在同一个典型应力路径进行试验，要求所有试样的强度和变形参数的相对误差在5％内，则测试结果满足要求；其中，相对误差计算公式如下：
式中，w为相对误差，ai为求取相对误差的某一数值，其中i∈[1,n]，n为总个数。
具体的，仅以最小主应力为10MPa、中间主应力为20MPa时采用真三轴位移控制的试验数据可靠性测试进行举例说明，首先将一大块完整的岩块按照固定方向切割成多个标准试验岩样，且满足三个主应力方向的一致性，利用波速仪测量标准岩样三个主应力方向的波速，挑选三块波速相对误差在0.2％以内的试样并依次编号。将1号试样装夹到夹具内，再安装位移传感器，之后将岩样组合体放入岩石真三轴试验机的压力室内加载位置，然后分别控制三个方向主应力依次施加5kN预应力，之后同时加载三个方向主应力至最小主应力值，并保持最小主应力恒定，然后同时加载最大主应力和中间主应力至中间主应力值，并保持中间主应力恒定，之后加载最大主应力到峰值强度的70％，最后在最大主应力方向上采用位移控制加载方式，位移加载速率为0.015mm/min，直到试验结束；采集试验数据并对数据进行分析处理，若可获得完整的全应力-应变曲线，则测试结果可判定为合格。参照1号试样的测试过程，依次完成2号试样和3号的测试。对测试数据进行分析整理，直到获得三块试样的应力应变曲线以及强度和变形参数。如图4所示，对比三组试样的试验结果，统计强度变形参数等，如果相对误差在5％内，则测试结果可判定为合格。如表1所示，为强度变形参数结果。
表1.强度变形参数结果
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种岩石真三轴试验机性能评定方法，其特征在于包括以下三个方面：
①、传感器标定；
根据传感器使用工况的不同，分为常温常压条件下的传感器标定、常温高压条件下的传感器标定及高温高压条件下的传感器标定；
②、性能测试；
根据性能要求的不同，分为单项性能测试和综合项性能测试；
当进行单项性能测试时，首先需要依次评价最大主应力的最大加载能力、中间主应力的最大加载能力、最小主应力的最大加载能力是否符合设计值，当不同荷载等级性能测试完成后，需要评价不同主应力方向上的位移运动控制性能，对于有高温、高压和流体压力加载能力的岩石真三轴试验机来说，需要评估各个耦合场设计目标分别在100％、75％、50％，25％和5％等级条件下的加载时间和控制目标的稳定性；
当进行综合项性能测试时，首先需要评价三个方向主应力同步加载到极限状态时是否符合最大设计能力，然后需要评价三个方向主应力的协调加载能力是否存在滞后现象；
③、功能测试；
根据功能要求的不同，分为真三轴加卸载功能测试、真三轴长期保载功能测试、真三轴高温与渗透流体压力耦合功能测试及真三轴试验数据可靠性测试。
2.根据权利要求1所述的一种岩石真三轴试验机性能评定方法，其特征在于：当进行常温常压条件下的传感器标定时，只需记录实验室温度和大气压力即可，温度为0℃、压强为101.325kPa时的标准状况不作为限制条件；标定时，需要覆盖传感器的量程，采用多点正行程和回行程标定，建立电信号输出量和工程测量值之间的关系，采用最小二乘法计算标定传感器的测量误差，确定传感器的标定系数和精度，要求传感器标定后的全量程精度不小于0.2％。
3.根据权利要求1所述的一种岩石真三轴试验机性能评定方法，其特征在于：当进行常温高压条件下的传感器标定时，需要将传感器置于高压容器内，该高压容器需要具备应力和位移输入能力的低摩擦活塞，用于在标定时完成目标应力和位移梯度的建立；标定时，需要覆盖传感器的量程，采用多点正行程和回行程标定，建立电信号输出量和工程测量值之间的关系，采用最小二乘法计算标定传感器的测量误差，确定传感器的标定系数和精度，要求传感器标定后的全量程精度不小于0.2％；标定完成后，获得的标定系数用于真三轴对应试验条件下的测量；在一次标定工作中，需要尽可能完成在不同恒压力等级下的标定，以此获得不同恒压力条件下的传感器标定系数，用于真三轴试验机特定工况下的测量。
4.根据权利要求1所述的一种岩石真三轴试验机性能评定方法，其特征在于：当进行高温高压条件下的传感器标定时，需要将传感器置于高压容器内，该高压容器需要具备加热能力的外置电阻加热器，用于在标定时建立恒高温条件，待标定环境温度平衡后再施加目标压力，待温度和压力均建立平衡条件后再进行传感器标定；标定时，需要覆盖传感器的量程，采用多点正行程和回行程标定，建立电信号输出量和工程测量值之间的关系，采用最小二乘法计算标定传感器的测量误差，确定传感器的标定系数和精度，要求传感器标定后的全量程精度不小于0.2％；在一次标定工作中，需要尽可能完成在不同恒压力和恒温度组合条件下的标定，以此获得不同恒压力和恒温度组合条件下的传感器标定系数，用于真三轴试验机特定工况下的测量。
5.根据权利要求1所述的一种岩石真三轴试验机性能评定方法，其特征在于：当进行单项性能测试时，选用高强度合金钢块作为受载对象，采用力控加载方式，力加载速率为0.5～2kN/s，当达到设定的最大荷载时，进行1h保载，要求1h保载时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；当最大加载能力测试完成后，再依次评价最大/中间/最小主应力分别为75％、50％、25％和5％荷载等级的载荷控制稳定性，且在不同载荷等级下的保载时间也为1h，同样要求保载时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；当不同荷载等级性能测试完成后，岩石真三轴试验机的压力室内不需要受载对象，不同主应力方向均采用位移控制加载方式，位移加载速率为0.0015～0.03mm/min，再依次评价各个主应力方向的作动器或者增压器行程分别为95％、75％、50％，25％和5％行程等级的位移控制稳定性，且在不同行程等级的目标行程下保持1h，要求1h的保持时间内的测试数据稳定性达到±0.5％以内，则测试结果满足要求；对于有高温、高压和流体压力加载能力的岩石真三轴试验机来说，选用岩石作为受载对象，且高温、高压和流体压力的耦合场达到设定的最大目标值时间在2h内，且在各个目标值下保持1h，要求1h的保持时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
6.根据权利要求1所述的一种岩石真三轴试验机性能评定方法，其特征在于：当进行综合项性能测试时，选用高强度合金钢块作为受载对象，采用力控加载方式，同步加载三个方向主应力同时到达各自的最大载荷，力加载速率为0.5～2kN/s，当达到设定的最大荷载时，进行1h保载，要求三个方向主应力加载到达最大载荷的时间误差在0.01％以内，且1h的保载时间内的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
7.根据权利要求1所述的一种岩石真三轴试验机性能评定方法，其特征在于：当进行真三轴加卸载功能测试时，首先对应力控制功能进行测试，选用高强度合金钢块作为受载对象，采用力控加载方式，力加载速率为0.5～2kN/s，要求岩石真三轴试验机能够完成典型应力路径试验，且三个方向主应力加载应力的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；然后对位移控制功能进行测试，选用岩石作为受载对象，采用位移控制加载方式，位移加载速率为0.0015～0.03mm/min，要求岩石真三轴试验机能够得到完整的全应力-应变曲线，且位移加载的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
8.根据权利要求1所述的一种岩石真三轴试验机性能评定方法，其特征在于：当进行真三轴长期保载功能测试时，首先对荷载长期保持性功能进行测试，选择典型荷载等级，保载时间为7d，要求在7d的保载时间内荷载控制的测试数据稳定性达到±1％以内，且要求在7d的保载时间内位移加载的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；然后对位移长期保持性功能进行测试，选择典型位移等级，保持时间为7d，要求在7d的保持时间内位移控制的测试数据稳定性达到±1％以内，且要求在7d的保持时间内载荷加载的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
9.根据权利要求1所述的一种岩石真三轴试验机性能评定方法，其特征在于：当进行真三轴高温与渗透流体压力耦合功能测试时，首先进行流体泄露测试，采用增压装置向高强度合金钢块施加目标流体压力值，然后切断增压，并保持作动器位移不变，保持时间为1h，要求在1h的保持时间内流体压力的测试数据的稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求；然后进行温度均匀性测试，将温度传感器安装到高强度合金钢块的上、中、下表面，向高强度合金钢块施加目标值温度，保持时间为1h，要求在1h的保持时间内温度的测试数据稳定性达到±1％以内，则测试结果满足要求。
10.根据权利要求1所述的一种岩石真三轴试验机性能评定方法，其特征在于：当进行真三轴试验数据可靠性测试时，首先进行无损检样，选取大块完整岩块进行加工，按照固定方向切割成多个标准岩样，且满足三个主应力方向的一致性，采用波速仪对标准岩样进行无损检测，在三个主应力方向上分别测试波速，并挑选至少3块同一方向波速相对误差在0.2％以内的试样；然后进行强度和变形参数的一致性检测，选取无损检测出的至少3块符合要求的试样，在同一个典型应力路径进行试验，要求所有试样的强度和变形参数的相对误差在5％内，则测试结果满足要求；其中，相对误差计算公式如下：
式中，w为相对误差，ai为求取相对误差的某一数值，其中i∈[1,n]，n为总个数。
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