特表 2022-503306 高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-12

(54)【発明の名称】高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/00 20060101AFI20220104BHJP

【ＦＩ】

G01N3/00 D

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2020542326

(86)(22)【出願日】2019-09-26

(85)【翻訳文提出日】2020-08-04

(86)【国際出願番号】 CN2019108106

(87)【国際公開番号】W WO2021056322

(87)【国際公開日】2021-04-01

(31)【優先権主張番号】201910904135.3

(32)【優先日】2019-09-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】510000839

【氏名又は名称】東北大学

【氏名又は名称原語表記】Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】馮 夏庭

(72)【発明者】

【氏名】趙 駿

(72)【発明者】

【氏名】田 軍

(72)【発明者】

【氏名】楊 成祥

【テーマコード（参考）】

2G061

【Ｆターム（参考）】

2G061AA11

2G061AC03

2G061AC06

2G061CA06

2G061DA01

2G061DA12

2G061EA01

2G061EA02

2G061EA03

2G061EB03

(57)【要約】

本発明は、高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置及び方法を提供し、岩石室内荷重試験の技術分野に属する。本発明の装置は、油圧システム，左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、下法線荷重シリンダ、環状フレーム部、側方向補助押し引きフレーム、環状フレーム部支持台、水平支持台、試験箱を備える。本発明は、真三軸条件での硬岩せん断試験を初めて実現したものである。また、本発明では、全く新しい構造のローディング（荷重）フレーム及びシリンダを設計した。この荷重用構造によって、装置全体の剛性を向上させたとともに、真三軸方向でのせん断過程中、岩石試料の全断面応力を完全に荷重することができる。また、シリンダ先端部の冷却手段を向上させることで、３００℃までの温度でシリンダ内の油圧油の温度が上昇し、アクチュエータの正常な動作に影響を与えない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置であって、
油圧システム、左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、下法線荷重シリンダ、環状フレーム部、側方向補助押し引きフレーム、環状フレーム部支持台、水平支持台、試験箱を備え、
前記環状フレーム部支持台の上表面に、ボルトによって環状フレーム部が設けられ、環状フレーム部支持台の後端部に、水平支持台が設けられ、且つ、水平支持台及び環状フレーム部支持台は地面に固設され、水平支持台上に、レール及びスライダーによって、側方向補助押し引きフレームが設けられ、環状フレーム部の左端部貫通孔内に、左端部コンビネーション接線荷重シリンダが設けられ、環状フレーム部の右端部貫通孔内に、右端部コンビネーション接線荷重シリンダが設けられ、環状フレーム部の上端部貫通孔及び下端部貫通孔内に、それぞれ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダが設けられ、側方向補助押し引きフレームの先端部貫通孔内に、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダが設けられ、側方向補助押し引きフレームの後端部貫通孔内に、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダが設けられ、前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダの後端部に、変位センサーが設けられ、前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダは、油圧システムに接続され、側方向補助押し引きフレームの矩形の貫通孔に、試験箱が設けられ、試験箱内に、せん断ボックスが配置され、せん断ボックス内に岩石試料が置かれる、ことを特徴とする高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。

【請求項2】

前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダは、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダを備え、左接線上荷重シリンダの外側に、左接線下荷重シリンダを同軸嵌合し、前記右端部コンビネーション接線荷重シリンダは、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダを備え、右接線下荷重シリンダの外側に、右接線上荷重シリンダを同軸嵌合し、前記左接線上荷重シリンダと右接線下荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、第１キャップ部材、第１ピストン、第１連結板、第１力測定センサー、及び第１動力伝達プレートで構成され、前記第１キャップ部材の内腔に、第１ピストンが設けられ、第１ピストンは、第１連結板の一端に接続され、第１連結板の他端は、第１力測定センサーの一端に接続され、第１力測定センサー他端は、第１動力伝達プレートに接続され、前記左接線下荷重シリンダと右接線上荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、第２キャップ部材、第２反力シリンダ、第２ピストン、第２フランジ、第２力測定センサー、及び第２動力伝達プレートで構成され、前記第２キャップ部材は、第１ピストンの外部円周面を同軸嵌合し、第２キャップ部材の一端の凸構造は、第１キャップ部材の内腔に延伸して第１キャップ部材と封止するように接続され、第２キャップ部材の他端は、第２ピストン及び第２反力シリンダを嵌合し、第２反力シリンダは、第２ピストンの外部円周面を同軸嵌合し、第２反力シリンダは、ボルトによって第２キャップ部材に取り付けられ、第２ピストン突出端は、第２フランジの一端に接続され、第２フランジの他端は、第２力測定センサーの一端に接続され、第２力測定センサーの他端は、第２動力伝達プレートに接続され、第１動力伝達プレートは、第２動力伝達プレートを貫通するように設置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。

【請求項3】

前記先端部コンビネーション側方向荷重シリンダは、前側方向上荷重シリンダ及び前側方向下荷重シリンダを備え、前側方向上荷重シリンダの内腔に、前側方向下荷重シリンダを同軸挿入し、前記後端部コンビネーション側方向荷重シリンダは、後側方向上荷重シリンダ及び後側方向下荷重シリンダを備え、後側方向上荷重シリンダの内腔に、後側方向下荷重シリンダを同軸挿入し、前記前側方向上荷重シリンダと後側方向上荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、上側方向キャップ部材、上側方向反力シリンダ、上側方向ピストン、上側方向フランジ、上側方向力測定センサー、及び上側方向動力伝達プレートで構成され、上側方向封止板第１凸構造に、上側方向ピストンを同軸挿入し、上側方向封止板第２凸構造に、上側方向反力シリンダを同軸嵌合し、上側方向反力シリンダの内表面と上側方向ピストンの外表面とが密着し、上側方向ピストンは、上側方向フランジの一端に接続され、上側方向フランジの他端は、上側方向力測定センサーの一端に接続され、上側方向力測定センサーの他端は、上側方向動力伝達プレートに接続され、前記前側方向下荷重シリンダと後側方向下荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、下側方向キャップ部材、下側方向ピストン、下側方向連結板、下側方向力測定センサー、下側方向動力伝達プレートで構成され、前記下側方向キャップ部材の一端は、上側方向キャップ部材の内腔に延伸し、下側方向キャップ部材フランジ端部は、ボルトによって上側方向キャップ部材に固定するように取り付けられ、上側方向キャップ部材の内腔に、下側方向ピストンが取り付けられ、下側方向ピストンは、上側方向キャップ部材と下側方向キャップ部材とで形成された密封チャンバー内に位置され、下側方向ピストンは、上側方向フランジを突出した部分が、下側方向連結板の一端に接続され、下側方向連結板の他端は、下側方向力測定センサーの一端に接続され、下側方向力測定センサーの他端は、下側方向動力伝達プレートに接続され、下側方向動力伝達プレートは、上側方向動力伝達プレートを貫通するように設置される、ことを特徴とする請求項１に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。

【請求項4】

前記上法線荷重シリンダは、上法線キャップ部材、上法線シリンダ、上法線ピストン、上法線連結板、上法線力測定センサー、及び上法線動力伝達プレートで構成され、上法線キャップ部材フランジ端部は、上法線シリンダフランジ端部に接続され、上法線シリンダ内壁に、上法線ピストンが設けられ、上法線ピストンは、上法線シリンダを突出した部分が、上法線連結板の一端に接続され、上法線連結板の他端は、上法線力測定センサーの一端に接続され、上法線力測定センサーの他端は、上法線動力伝達プレートに接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。

【請求項5】

前記下法線荷重シリンダは、下法線封止板、下法線ピストン、下法線フランジ、下法線連結板、下法線力測定センサー、及び下法線動力伝達プレートで構成され、前記下法線封止板の内腔に、下法線ピストンが設けられ、下法線封止板フランジ端部は、下法線フランジに接続され、下法線ピストンは、下法線フランジを突出した部分が、下法線連結板の一端に接続され、下法線連結板の他端は、下法線力測定センサーの一端に接続され、下法線力測定センサーの他端は、下法線動力伝達プレートに接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。

【請求項6】

前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ及び右端部コンビネーション接線荷重シリンダの第１動力伝達プレート、前記先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ及び後端部コンビネーション側方向荷重シリンダの側方向動力伝達プレート、前記上法線荷重シリンダの上法線動力伝達プレート、及び下法線荷重シリンダの下法線動力伝達プレートの先端部に、２つの貫通の冷却水貫通孔が設けられ、冷却水貫通孔は、ゴムチューブによって冷却水装置に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。

【請求項7】

前記油圧システムは、第１油圧動力源、第２油圧動力源、第３油圧動力源、第１アキュムレータ、第２アキュムレータ、第３アキュムレータ、及び複数のサーボ弁を備え、前記第１油圧動力源は、耐高圧油管によって第１アキュムレータに接続され、第１アキュムレータは、耐高圧油管、サーボ弁によって、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、及び上法線荷重シリンダのそれぞれに接続され、第２油圧動力源は、耐高圧油管によって第２アキュムレータに接続され、第２アキュムレータは、耐高圧油管、サーボ弁によって、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダのそれぞれに接続され、第３油圧動力源は、耐高圧油管によって、第３アキュムレータに接続され、第３アキュムレータは、耐高圧油管、サーボ弁によって、先端部側方向荷重シリンダ及び後端部側方向荷重シリンダに接続され、前記第１油圧動力源、第２油圧動力源、及び第３油圧動力源の構造が同じであり、いずれも、油圧ポンプ及びオイルタンクを備え、油圧ポンプのオイル吸入口は、耐高圧油管によって、オイルタンクのオイル吐出口に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。

【請求項8】

前記試験箱がインキュベーターであり、セラミック放射加熱方式によって、せん断ボックス内の岩石試料を加熱する、ことを特徴とする請求項１に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置。

【請求項9】

高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験方法であって、請求項１に記載の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置を使用し、以下のステップを含み、
ステップ１：岩石試料をせん断ボックスに装填し、岩石試料とせん断ボックスとの間に変形センサーを取り付けるステップと、
ステップ２：岩石試料が装填されたせん断ボックスを試験箱の中心位置に配置するステップと、
ステップ３：側方向補助押し引きフレームを環状フレーム部からから押し離れ、試験箱を側方向補助押し引きフレームの中心位置に配置するステップと、
ステップ４：側方向補助押し引きフレームを環状フレーム部に押し込み、岩石試料を環状フレーム部の幾何学的中心に位置するステップと、
ステップ５：左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダに変位制御を実施して、岩石試料のセンタリングクランプを完了するステップと、
ステップ６：冷却水装置を起動し、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダの動力伝達プレートにおいて冷却水を循環させるステップと、
ステップ７：試験箱を起動し、且つ目標温度を予め設定し、試験箱内の温度を予め設定された目標温度に到達させるステップと、
ステップ８：力制御により、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダを一定の荷重速度で力制御し、岩石試料の６つの界面の静油圧力状態τ＝σ_ｐ＝σ_ｎを法線応力σ_ｎ１の目標値まで上昇させるステップであって、τがせん断応力であり、σ_ｐが側方向応力であり、σ_ｎが法線応力であるステップと、
ステップ９：上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、法線応力が一定にし、そして、力制御によって、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダを一定の荷重速度で力制御し、せん断面及び側方向面の応力を側方向応力σｐ_１の目標値にまで増大させるステップと、
ステップ１０：前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、側方向応力及び法線応力を一定にし、そして、力制御によって、せん断面の応力が岩石応力τ_０にまで増加するように、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダが一定の荷重速度で力制御を行うステップと、
ステップ１１：前側方向上荷重シリンダ８、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、側方向応力及び法線応力を一定にし、同時に、岩石試料がせん断方向での受力過程中、左下断面及び右上断面に岩石応力τ_０を維持するように、左接線下荷重シリンダ及び右接線上荷重シリンダをサーボ制御し、そして、位置制御によって、残留強度に達するまで、左接線上荷重シリンダ及び右接線下荷重シリンダが一定の荷重速度でせん断力を増大させるステップと、
ステップ１２：コンピュータによって、変位と力のデータと岩石試料のマクロ破壊モードを記録するステップと、を含む高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、室内での岩石の負荷試験の技術分野に属し、高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験（ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｔｒｕｅ ｔｒｉａｘｉａｌ ｓｈｅａｒ ｔｅｓｔ）装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地下採掘、埋設トンネル、核廃棄物処分場の天然の運搬体としての岩石の耐荷重能力は、工程が成立するかどうかに直接影響し、作業員の安全性を保証する重要なものである。地下の岩盤は、性質が等方的ではなく、構造面や支持力が低い断層などある程度の差があり、高いせん断応力の作用下では、地震、地すべり、深い亀裂、崩壊など岩石における災害を形成しやすい。そのため、構造表面のある硬岩の崩壊メカニズムを研究することは、災害を理解及び防止する上で非常に重要な意味を持っている。

【0003】

地下の岩盤は、真三軸応力（τ＞σ_ｐ＞σ_ｎ）の影響を受けることは良く知られている。一般に、構造面が最小主応力の方向に対して垂直する場合、岩盤は破損しやすい。現在、硬岩せん断試験には、従来の直接せん断（τ＞σｎ，σｐ＝０）方法が使用されている。使用する岩石サンプルは、一般に直方体である。従来の直接せん断試験では、岩石試料をせん断方向の中心線に沿って上部と下部に分ける。試験中、岩石試料は、せん断方向において、半分だけ応力を受け、残りの半分の岩石には、応力を加えない。また、側方向応力σ_ｐ＝０は最小主応力とみなされる。これらは、構造面のある地下岩盤が崩壊する時の三次元応力状態と一致しない。また、トンネルの自由表面から遠く離れた構造表面は、周囲の岩盤によって制限され、多くの場合、定荷重における法線方向の剛性を測定するという条件下にある。現在、せん断試験は、準静的な定荷重における垂直応力試験および長期荷重下の定荷重における垂直応力せん断試験での定荷重における垂直応力の試験を有する。定荷重における法線方向の剛性を測定するという条件下でのせん断応力の経時変化の試験を行う実験装置は未だ実現されていない。これは、定荷重における法線方向の剛性試験に、油圧ポンプ及び電液サーボ弁の協同動作が必要とされ、且つ法線方向にピストンが高周波動作する必要があるからである。しかし、この方式では、油温度が上昇しやすくなり、長期間の動作で油源系統の寿命が短くなる場合がある。

【0004】

さらに、地下の岩盤工程の深さがますます深くなるにつれて、温度も岩盤の破壊に大きな役割を果してくる。一般に、岩石の温度は深さ１００メートル増えるごとに岩盤の温度は３℃上昇し、地下約５０００メートルの場所の温度は約１８０℃に達すると考えられる。したがって、温度は、深部硬岩の変形や破壊に影響を与える最も重要な要素の一つである。

【0005】

従来のせん断の試験機は、コラム及びタイロッドフレーム式を使用している。このフレームの剛性が低く、試験を行う時、フレームに弾性エネルギーを簡単に蓄積し、せん断試験中に弾性エネルギーが解放される。その結果、岩石は、ピーク後の曲線で突然脆性破壊する傾向がある。さらに、既存の真三軸装置の油圧シリンダは、各方向の一定の力しか提供できず、せん断プロセスで、岩石の断面の全範囲負荷を実行できない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術の欠点を解決するために、本発明は、高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置及び方法を提供し、１２００ＭＰａまでの高応力を加えることができ、最高温度は２５０℃に達することができる。これによって、高温高圧での硬岩の真三軸の定荷重法線応力￥剛性での準静的且つリアルタイム的なせん断試験を行うことができる。これは、設備の剛性を確保しながら、岩石試料の全断面に対して荷重し、且つ、高温槽で加熱する同時にアクチュエータの先端部の温度を下げる方法によって、室内で高温高三次元での応力条件下での硬岩せん断破壊過程を再現することができる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を実現するために、本発明は、以下の技術的解決策を採用している。

【0008】

高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置は、油圧システム、左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、下法線荷重シリンダ、環状フレーム部、側方向補助押し引きフレーム、環状フレーム部支持台、水平支持台、試験箱を備え、前記環状フレーム部支持台の上表面に、ボルトによって環状フレーム部が設けられ、環状フレーム部支持台の後端部に、水平支持台が設けられ、且つ、水平支持台及び環状フレーム部支持台は地面に固設され、水平支持台上に、レール及びスライダーによって、側方向補助押し引き（ｐｕｓｈ ａｎｄ ｐｕｌｌ）フレームが設けられ、環状フレーム部の左端部貫通孔内に、左端部コンビネーション接線荷重シリンダが設けられ、環状フレーム部の右端部貫通孔内に、右端部コンビネーション接線荷重シリンダが設けられ、環状フレーム部の上端部貫通孔及び下端部貫通孔内に、それぞれ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダが設けられ、側方向補助押し引きフレームの先端部貫通孔内に、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダが設けられ、側方向補助押し引きフレームの後端部貫通孔内に、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダが設けられ、前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダの後端部に、変位センサーが設けられ、前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダは、油圧システムに接続され、側方向補助押し引きフレームの矩形の貫通孔に、試験箱が設けられ、試験箱内に、せん断ボックスが配置され、せん断ボックス内に岩石試料が置かれる。

【0009】

前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダは、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダを備え、左接線上荷重シリンダの外側に、左接線下荷重シリンダを同軸嵌合し、前記右端部コンビネーション接線荷重シリンダは、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダを備え、右接線下荷重シリンダの外側に、右接線上荷重シリンダを同軸嵌合し、前記左接線上荷重シリンダと右接線下荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、第１キャップ部材、第１ピストン、第１連結板、第１力測定センサー、及び第１動力伝達プレートで構成され、前記第１キャップ部材の内腔に、第１ピストンが設けられ、第１ピストンは、第１連結板の一端に接続され、第１連結板の他端は、第１力測定センサーの一端に接続され、第１力測定センサー他端は、第１動力伝達プレートに接続され、前記左接線下荷重シリンダと右接線上荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、第２キャップ部材、第２反力シリンダ、第２ピストン、第２フランジ、第２力測定センサー、及び第２動力伝達プレートで構成され、前記第２キャップ部材は、第１ピストンの外部円周面を同軸嵌合し、第２キャップ部材の一端の凸構造は、第１キャップ部材の内腔に延伸して第１キャップ部材と封止するように接続され、第２キャップ部材の他端は、第２ピストン及び第２反力シリンダを嵌合し、第２反力シリンダは、第２ピストンの外部円周面を同軸嵌合し、第２反力シリンダは、ボルトによって第２キャップ部材に取り付けられ、第２ピストン突出端は、第２フランジの一端に接続され、第２フランジの他端は、第２力測定センサーの一端に接続され、第２力測定センサーの他端は、第２動力伝達プレートに接続され、第１動力伝達プレートは、第２動力伝達プレートを貫通するように設置されている。

【0010】

前記先端部コンビネーション側方向荷重シリンダは、前側方向上荷重シリンダ及び前側方向下荷重シリンダを備え、前側方向上荷重シリンダの内腔に、前側方向下荷重シリンダを同軸挿入し、前記後端部コンビネーション側方向荷重シリンダは、後側方向上荷重シリンダ及び後側方向下荷重シリンダを備え、後側方向上荷重シリンダの内腔に、後側方向下荷重シリンダを同軸挿入し、前記前側方向上荷重シリンダと後側方向上荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、上側方向キャップ部材、上側方向反力シリンダ、上側方向ピストン、上側方向フランジ、上側方向力測定センサー、及び上側方向動力伝達プレートで構成され、上側方向封止板第１凸構造に、上側方向ピストンを同軸挿入し、上側方向封止板第２凸構造に、上側方向反力シリンダを同軸嵌合し、上側方向反力シリンダの内表面と上側方向ピストンの外表面とが密着し、上側方向ピストンは、上側方向フランジの一端に接続され、上側方向フランジの他端は、上側方向力測定センサーの一端に接続され、上側方向力測定センサーの他端は、上側方向動力伝達プレートに接続され、前記前側方向下荷重シリンダと後側方向下荷重シリンダとの構造が同じであり、いずれも、下側方向キャップ部材、下側方向ピストン、下側方向連結板、下側方向力測定センサー、下側方向動力伝達プレートで構成され、前記下側方向キャップ部材の一端は、上側方向キャップ部材の内腔に延伸し、下側方向キャップ部材フランジ端部は、ボルトによって上側方向キャップ部材に固定するように取り付けられ、上側方向キャップ部材の内腔に、下側方向ピストンが取り付けられ、下側方向ピストンは、上側方向キャップ部材と下側方向キャップ部材とで形成された密封チャンバー内に位置され、下側方向ピストンは、上側方向フランジを突出した部分が、下側方向連結板の一端に接続され、下側方向連結板の他端は、下側方向力測定センサーの一端に接続され、下側方向力測定センサーの他端は、下側方向動力伝達プレートに接続され、下側方向動力伝達プレートは、上側方向動力伝達プレートを貫通するように設置される。

【0011】

前記上法線荷重シリンダは、上法線キャップ部材、上法線シリンダ、上法線ピストン、上法線連結板、上法線力測定センサー、及び上法線動力伝達プレートで構成され、上法線キャップ部材フランジ端部は、上法線シリンダフランジ端部に接続され、上法線シリンダ内壁に、上法線ピストンが設けられ、上法線ピストンは、上法線シリンダを突出した部分が、上法線連結板の一端に接続され、上法線連結板の他端は、上法線力測定センサーの一端に接続され、上法線力測定センサーの他端は、上法線動力伝達プレートに接続される。

【0012】

前記下法線荷重シリンダは、下法線封止板、下法線ピストン、下法線フランジ、下法線連結板、下法線力測定センサー、及び下法線動力伝達プレートで構成され、前記下法線封止板の内腔に、下法線ピストンが設けられ、下法線封止板フランジ端部は、下法線フランジに接続され、下法線ピストンは、下法線フランジを突出した部分が、下法線連結板の一端に接続され、下法線連結板の他端は、下法線力測定センサーの一端に接続され、下法線力測定センサーの他端は、下法線動力伝達プレートに接続される。

【0013】

前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ及び右端部コンビネーション接線荷重シリンダの第１動力伝達プレート、前記先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ及び後端部コンビネーション側方向荷重シリンダの側方向動力伝達プレート、前記上法線荷重シリンダの上法線動力伝達プレート、及び下法線荷重シリンダの下法線動力伝達プレートの先端部に、２つの貫通の冷却水貫通孔が設けられ、冷却水貫通孔は、ゴムチューブによって冷却水装置に接続される。

【0014】

前記油圧システムは、第１油圧動力源、第２油圧動力源、第３油圧動力源、第１アキュムレータ、第２アキュムレータ、第３アキュムレータ、及び複数のサーボ弁を備え、前記第１油圧動力源は、耐高圧油管によって第１アキュムレータに接続され、第１アキュムレータは、耐高圧油管、サーボ弁によって、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、及び上法線荷重シリンダのそれぞれに接続され、第２油圧動力源は、耐高圧油管によって第２アキュムレータに接続され、第２アキュムレータは、耐高圧油管、サーボ弁によって、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダのそれぞれに接続され、第３油圧動力源は、耐高圧油管によって、第３アキュムレータに接続され、第３アキュムレータは、耐高圧油管、サーボ弁によって、先端部側方向荷重シリンダ及び後端部側方向荷重シリンダに接続され、前記第１油圧動力源、第２油圧動力源、及び第３油圧動力源の構造が同じであり、いずれも、油圧ポンプ及びオイルタンクを備え、油圧ポンプのオイル吸入口は、耐高圧油管によって、オイルタンクのオイル吐出口に接続される。

【0015】

油圧ポンプとサーボ弁とを協同動作することによって、シリンダの高周波動作を確実に行い一定の法線剛性試験を行うことができる。また、油圧ポンプはサーボ駆動器及び冷却水と直列に接続されている。シリンダ内での圧力が低下すると、サーボ駆動器は、シリンダ内の圧力を油圧ポンプにリアルタイムでフィードバックし、油圧ポンプを動作させ、シリンダ内の圧力を補う。そうでない場合、油圧ポンプの作動が停止する。また、シリンダ内の圧力が低下すると、アキュムレータによって、シリンダ内の圧力が連続的に補充される。これによって、運転による油圧ポンプの温度上昇を抑え、且つ一定の法線剛性試験を行うことを保証することができる。

【0016】

前記試験箱がインキュベーターであり、セラミック放射加熱方式によって、せん断ボックス内の岩石試料を加熱する。

【0017】

高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験方法であって、高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置を使用し、以下のステップを含み、
ステップ１：岩石試料をせん断ボックスに装填し、岩石試料とせん断ボックスとの間に変形センサーを取り付けるステップと、
ステップ２：岩石試料が装填されたせん断ボックスを試験箱の中心位置に配置するステップと、
ステップ３：側方向補助押し引きフレームを環状フレーム部からから押し離れ、試験箱を側方向補助押し引きフレームの中心位置に配置するステップと、
ステップ４：側方向補助押し引きフレームを環状フレーム部に押し込み、岩石試料を環状フレーム部の幾何学的中心に位置するステップと、
ステップ５：左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダに変位制御を実施して、岩石試料のセンタリングクランプを完了するステップと、
ステップ６：冷却水装置を起動し、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダの動力伝達プレートにおいて冷却水を循環させるステップと、
ステップ７：試験箱を起動し、且つ目標温度を予め設定し、試験箱内の温度を予め設定された目標温度に到達させるステップと、
ステップ８：力制御により、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダを一定の荷重速度で力制御し、岩石試料の６つの界面の静油圧力状態τ＝σ_ｐ＝σ_ｎを法線応力σ_ｎ１の目標値まで上昇させるステップであって、τがせん断応力であり、σ_ｐが側方向応力であり、σ_ｎが法線応力であるステップと、
ステップ９：上法線荷重シリンダ及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、法線応力が一定にし、そして、力制御によって、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダ、前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダを一定の荷重速度で力制御し、せん断面及び側方向面の応力を側方向応力σｐ_１の目標値にまで増大させるステップと、
ステップ１０：前側方向上荷重シリンダ、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、側方向応力及び法線応力を一定にし、そして、力制御によって、せん断面の応力が岩石応力τ_０にまで増加するように、左接線上荷重シリンダ、左接線下荷重シリンダ、右接線上荷重シリンダ、右接線下荷重シリンダが一定の荷重速度で力制御を行うステップと、
ステップ１１：前側方向上荷重シリンダ８、前側方向下荷重シリンダ、後側方向上荷重シリンダ、後側方向下荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ、及び下法線荷重シリンダをサーボ制御し、側方向応力及び法線応力を一定にし、同時に、岩石試料がせん断方向での受力過程中、左下断面及び右上断面に岩石応力τ_０を維持するように、左接線下荷重シリンダ及び右接線上荷重シリンダをサーボ制御し、そして、位置制御によって、残留強度に達するまで、左接線上荷重シリンダ及び右接線下荷重シリンダが一定の荷重速度でせん断力を増大させるステップと、
ステップ１２：コンピュータによって、変位と力のデータと岩石試料のマクロ破壊モードを記録するステップと、を含む。

【発明の効果】

【0018】

本発明は、以下の効果を有する。

【0019】

本発明は、従来技術と比較して、真三軸条件での硬岩せん断試験を初めて実現したものである。真三軸条件での岩石の真三軸試験を行うことを達成するために、本発明では、全く新しい構造のローディング（荷重）フレーム及びシリンダを設計した。この荷重用構造によって、装置全体の剛性を向上させたとともに、真三軸方向でのせん断過程中、岩石試料の全断面応力を完全に荷重することができる。また、シリンダ先端部の冷却手段を向上させることで、３００℃までの温度でシリンダ内の油圧油の温度が上昇し、アクチュエータの正常な動作に影響を与えない。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置の構造を示す概念図である。

【図2】本発明の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置の正面の断面図である。

【図3】本発明の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置の側面の断面図である。

【図4】本発明の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置の左端部コンビネーション接線荷重シリンダの構造を示す図である。

【図5】本発明の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置の先端部コンビネーション側方向荷重シリンダの構造を示す図である。

【図6】本発明の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置の左端部コンビネーション接線荷重シリンダの構造を示す図である。

【図7】本発明の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置の油圧原理を示す概念図である。

【図8】本発明の高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置の向油圧原理を示す概念図である。

【符号の説明】

【0021】

１－左接線上荷重シリンダ，１－１－第１キャップ部材，１－２－第１ピストン，１－３－第１連結板，１－４－第１力測定センサー，１－５－第１動力伝達プレート，２－左接線下荷重シリンダ，２－１－第２キャップ部材，２－２－第２反力シリンダ，２－３－第２ピストン，２－４－第２フランジ，２－５－第２力測定センサー，２－６－第２動力伝達プレート，３－上法線荷重シリンダ，３－１－上法線キャップ部材，３－２－上法線シリンダ，３－３－上法線ピストン，３－４－上法線連結板，３－５－上法線力測定センサー，３－６－上法線動力伝達プレート，４－右接線下荷重シリンダ，５－右接線上荷重シリンダ，６－下法線荷重シリンダ，６－１－下法線封止板，６－２－下法線ピストン，６－３－下法線フランジ，６－４－下法線連結板，６－５－下法線力測定センサー，６－６－下法線動力伝達プレート，７－前側方向下荷重シリンダ，７－１－下側方向キャップ部材，７－２－下側方向ピストン，７－３－下側方向連結板，７－４－下側方向力測定センサー，７－５－下側方向動力伝達プレート，８－前側方向上荷重シリンダ，８－１－上側方向キャップ部材，８－２－上側方向反力シリンダ，８－３－上側方向ピストン，８－４－上側方向フランジ，８－５－上側方向力測定センサー，８－６－上側方向動力伝達プレート，９－後側方向下荷重シリンダ，１０－後側方向上荷重シリンダ，１１－環状フレーム部，１２－側方向補助押し引きフレーム，１３－環状フレーム部支持台，１４－水平支持台，１５－レール，１６－試験箱，１７－せん断ボックス，１８－岩石試料，１９－変位センサー，２０－ゴムチューブ，２１－サーボ弁，２２－第１油圧動力源，２３－第２油圧動力源，２４－第３油圧動力源，２５－第１アキュムレータ，２６－第２アキュムレータ，２７－第３アキュムレータ。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面及び具体的な実施形態を参照しながら、本発明の詳細を説明する。

【0023】

図１～図８に示すように、高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置は、油圧システム、左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重、下法線荷重シリンダ６、環状フレーム部１１、側方向補助押し引きフレーム１２、環状フレーム部支持台１３、水平支持台１４、試験箱１６を備える。前記環状フレーム部支持台１３上表面に、ボルトによって、環状フレーム部１１が設けられ、環状フレーム部支持台１３の後端部に水平支持台１４が設けられ、且つ水平支持台１４と環状フレーム部支持台１３とが地面に固設されている。水平支持台１４上は、レール１５及びスライダーによって、側方向補助押し引きフレーム１２が設けられ、モノリシック鍛造で形成されたリングフレームを使用しているため、機械の剛性が大幅に向上している。環状フレーム部１１の左端部貫通孔内に、左端部コンビネーション接線荷重シリンダが設けられ、環状フレーム部１１の右端部貫通孔内に、右端部コンビネーション接線荷重シリンダが設けられ、環状フレーム部１１の上端部貫通孔及び下端部貫通孔内に、上法線荷重シリンダ３及び下法線荷重シリンダ６が設置され、側方向補助押し引きフレーム１２の先端部貫通孔内、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダが設けられ、側方向補助押し引きフレーム１２の後端部貫通孔内に、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダが設けられている。前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ３の後端部には、変位センサー１９が設けられ、前記変位センサー１９がコンピュータに接続されており、前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダ、右端部コンビネーション接線荷重シリンダ、先端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、後端部コンビネーション側方向荷重シリンダ、上法線荷重シリンダ３及び下法線荷重シリンダ６は、油圧システムに接続されている。側方向補助押し引きフレーム１２の矩形の貫通孔には、試験箱１６が設けられ、試験箱１６内に、せん断ボックス１７が配置され、せん断ボックス１７内に、岩石試料１８が置かれる。

【0024】

前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダは、左接線上荷重シリンダ１と、左接線下荷重シリンダ２とを備える。左接線上荷重シリンダ１の外側に、左接線下荷重シリンダ２を同軸嵌合する。前記右端部コンビネーション接線荷重シリンダは、右接線上荷重シリンダ５と、右接線下荷重シリンダ４とを備える。右接線下荷重シリンダ４の外側に、右接線上荷重シリンダ５を同軸嵌合する。前記左接線上荷重シリンダ１と右接線下荷重シリンダ４との構造が同じであり、いずれも第１キャップ部材１－１、第１ピストン１－２、第１連結板１－３、第１力測定センサー１－４、及び第１動力伝達プレート１－５で校正されている。前記第１キャップ部材１－１の内腔に、第１ピストン１－２が設置され、第１ピストン１－２は、第１連結板１－３の一端に接続され、第１連結板１－３の他端は、第１力測定センサー１－４の一端に接続され、第１力測定センサー１－４の他端は、第１動力伝達プレート１－５に接続されている。前記左接線下荷重シリンダ２と右接線上荷重シリンダ５との構造が同じであり、いずれも、第２キャップ部材２－１、第２反力シリンダ２－２、第２ピストン２－３、第２フランジ２－４、第２力測定センサー２－５、及び第２動力伝達プレート２－６で構成されている。前記第２キャップ部材２－１は、第１ピストン１－２の外部円周面を同軸嵌合し、第２キャップ部材２－１の一端の凸構造は、第１キャップ部材１－１内腔内に延伸して第１キャップ部材１－１と封止するように接続されている。第２キャップ部材２－１の他端に、第２ピストン２－３及び第２反力シリンダ２－２を嵌合し、第２反力シリンダ２－２は、第２ピストン２－３の外部円周面を同軸嵌合し、第２反力シリンダ２－２は、ボルトによって第２キャップ部材２－１に取り付けられ、第２ピストン２－３の突出端は、第２フランジ２－４の一端に接続され、第２フランジ２－４の他端は、第２力測定センサー２－５の一端に接続され、第２力測定センサー２－５の他端は、第２動力伝達プレート２－６に接続されている。第１動力伝達プレート１－５は、第２動力伝達プレート２－６を貫通するように設置されている。第１力測定センサー１－４及び第２力測定センサー２－５は、コンピュータに接続されている。

【0025】

前記先端部コンビネーション側方向荷重シリンダは、前側方向上荷重シリンダ８及び前側方向下荷重シリンダ７を備え、前側方向上荷重シリンダ８の内腔に、前側方向下荷重シリンダ７を同軸挿入する。前記後端部コンビネーション側方向荷重シリンダは、後側方向上荷重シリンダ１０及び後側方向下荷重シリンダ９を備えている。後側方向上荷重シリンダ１０の内腔に、後側方向下荷重シリンダ９を同軸挿入する。前記前側方向上荷重シリンダ８及び後側方向上荷重シリンダ１０の構造が同じであり、いずれも、上側方向キャップ部材８－１、上側方向反力シリンダ８－２、上側方向ピストン８－３、上側方向フランジ８－４、上側方向力測定センサー８－５、及び上側方向動力伝達プレート８－６で構成されている。上側方向封止板第１凸構造に、上側方向ピストン８－３を同軸挿入し、上側方向封止板第２の凸構造に、上側方向反力シリンダ８－２を同軸嵌合し、上側方向反力シリンダ８－２の内表面と上側方向ピストン８－３の外表面とが密着している。上側方向ピストン８－３は、上側方向フランジ８－４の一端に接続され、上側方向フランジ８－４の他端は、上側方向力測定センサー８－５の一端に接続され、上側方向力測定センサー８－５の他端は、上側方向動力伝達プレート８－６に接続されている。前記前側方向下荷重シリンダ７と後側方向下荷重シリンダ９との構造が同じであり、いずれも、下側方向キャップ部材７－１、下側方向ピストン７－２、下側方向連結板７－３、下側方向力測定センサー７－４、及び下側方向動力伝達プレート７－５で構成されている。前記下側方向キャップ部材７－１の一端は、上側方向キャップ部材８－１の内腔内に延伸し、下側方向キャップ部材７－１のフランジ端部は、ボルトによって上側方向キャップ部材８－１に固定するように取り付けられ、上側方向キャップ部材８－１の内腔に、下側方向ピストン７－２が取り付けられ、且つ、下側方向ピストン７－２は、上側方向キャップ部材８－１と下側方向キャップ部材７－１とで形成された密封チャンバー内に位置されている。下側方向ピストン７－２は、上側方向フランジ８－４の内部凸構造を突出した部分が、下側方向連結板７－３の一端に接続されており、下側方向連結板７－３の他端は、下側方向力測定センサー７－４の一端に接続され、下側方向力測定センサー７－４の他端は、下側方向動力伝達プレート７－５に接続され、下側方向動力伝達プレート７－５は、上側方向動力伝達プレート８－６を貫通するように設置され、上側方向力測定センサー８－５と下側方向力測定センサー７－４とは、コンピュータに接続されている。

【0026】

前記上法線荷重シリンダ３は、上法線キャップ部材３－１、上法線シリンダ３－２、上法線ピストン３－３、上法線連結板３－４、上法線力測定センサー３－５、及び上法線動力伝達プレート３－６で構成されている。上法線キャップ部材３－１のフランジ端部は、上法線シリンダ３－２のフランジ端部に接続されており、上法線シリンダ３－２の内壁に、上法線ピストン３－３が設けられ、上法線ピストン３－３は、上法線シリンダ３－２を突出した部分が、上法線連結板３－４の一端に接続され、上法線連結板３－４の他端は、上法線力測定センサー３－５の一端に接続され、上法線力測定センサー３－５の他端は、上法線動力伝達プレート３－６に接続され、上法線力測定センサー３－５は、コンピュータに接続されている。

【0027】

前記下法線荷重シリンダ６は、下法線封止板６－１、下法線ピストン６－２、下法線フランジ６－３、下法線連結板６－４、下法線力測定センサー６－５、及び下法線動力伝達プレート６－６で構成されている。前記下法線封止板６－１の内腔に、下法線ピストン６－２が設置され、下法線封止板６－１のフランジ端部は、下法線フランジ６－３に接続され、下法線ピストン６－２は、下法線フランジ６－３突出した部分が、下法線連結板の一端に接続され、下法線連結板６－４の他端は、下法線力測定センサー６－５の一端に接続され、下法線力測定センサー６－５の他端は、下法線動力伝達プレート６－６に接続され、下法線力測定センサー６－５は、コンピュータに接続されている。

【0028】

前記左端部コンビネーション接線荷重シリンダと右端部コンビネーション接線荷重シリンダとの第１動力伝達プレート１－５、前記先端部コンビネーション側方向荷重シリンダと後端部コンビネーション側方向荷重シリンダとの側方向動力伝達プレート、前記上法線荷重シリンダ３の上法線動力伝達プレート３－６、及び下法線荷重シリンダ６の下法線動力伝達プレート６－６の先端部に、２つの貫通の冷却水貫通孔が設けられ、冷却水貫通孔は、ゴムチューブ２０によって、冷却水装置に接続され、冷却水装置の型番がＣＦ３１１ＨＣである。

【0029】

前記油圧システムは、第１油圧動力源２２、第２油圧動力源２３、第３油圧動力源２４、第１アキュムレータ２５、第２アキュムレータ２６、第３アキュムレータ２７、及び複数のサーボ弁２１を備える。前記第１油圧動力源２２は、耐高圧油管によって、第１アキュムレータ２５に接続され、第１アキュムレータ２５は、耐高圧油管及びサーボ弁２１によって、左接線上荷重シリンダ１、左接線下荷重シリンダ２及び上法線荷重シリンダ３のそれぞれに接続されている。第２油圧動力源２３は、耐高圧油管によって、第２アキュムレータ２６に接続され、第２アキュムレータ２６は、耐高圧油管及びサーボ弁２１によって、右接線上荷重シリンダ５、右接線下荷重シリンダ４及び下法線荷重シリンダ６のそれぞれに接続されている。第３油圧動力源２４は、耐高圧油管によって、第３アキュムレータ２７に接続され、第３アキュムレータ２７は、耐高圧油管及びサーボ弁２１によって、先端部側方向荷重シリンダ及び後端部側方向荷重シリンダのそれぞれに接続されている。前記第１油圧動力源２２、第２油圧動力源２３、及び第３油圧動力源２４の構造が同じであり、いずれも、油圧ポンプとオイルタンクとを備えている。油圧ポンプのオイル吸入口は、耐高圧油管によってオイルタンクのオイル吐出口に接続されている。油圧ポンプとサーボ弁２１とを協同動作することによって、アクチュエータの高周波動作を確実に行い、一定の法線剛性試験を行うことができる。また、油圧ポンプはサーボ駆動器及び冷却水と直列に接続されている。シリンダ内での圧力が低下すると、サーボ駆動器は、シリンダ内の圧力を油圧ポンプにリアルタイムでフィードバックし、油圧ポンプを動作させ、シリンダ内の圧力を補う。そうでない場合、油圧ポンプの作動が停止する。また、シリンダ内の圧力が低下すると、アキュムレータによって、シリンダ内の圧力が連続的に補充される。これによって、運転による油圧ポンプの温度上昇を抑え、且つ一定の法線剛性試験を行うことを保証することができる。

【0030】

前記試験箱１６がインキュベーターであり、セラミック放射加熱方式によって、せん断ボックス１７内の岩石試料１８を加熱する。

【0031】

高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験の方法であって、高温高圧での硬岩の真三軸多機能せん断試験装置を使用し、以下のステップを含む。

【0032】

ステップ１：岩石試料１８をせん断ボックス１７に装填し、岩石試料１８とせん断ボックス１７との間に変形センサーを取り付ける。

【0033】

ステップ２：岩石試料１８が装填されたせん断ボックス１７を試験箱１６の中心位置に配置する。

【0034】

ステップ３：側方向補助押し引きフレーム１２を環状フレーム部１１から押し離れ、試験箱１６を側方向補助押し引きフレーム１２の中心位置に配置する。

【0035】

ステップ４：側方向補助押し引きフレーム１２を環状フレーム部１１に押し込み、岩石試料１８を環状フレーム部１１の幾何学的中心に位置し、環状フレーム部１１の上端部貫通孔と下端部貫通孔との中心線（２つの中心を結ぶ線）が水平面に垂直し、環状フレーム部１１左端部貫通孔と右端部貫通孔との中心線（２つの中心を結ぶ線）が水平面に平行し、且つ、２つの中心線の交点が環状フレーム部１１の幾何学的中心である。

【0036】

ステップ５：第１油圧動力源２２、第２油圧動力源２３、第３油圧動力源２４を起動し、左接線上荷重シリンダ１、左接線下荷重シリンダ２、右接線上荷重シリンダ５、右接線下荷重シリンダ４、前側方向上荷重シリンダ８、前側方向下荷重シリンダ７、後側方向上荷重シリンダ１０、後側方向下荷重シリンダ９、上法線荷重シリンダ３、及び下法線荷重シリンダ６に変位制御を実施して、岩石試料１８のセンタリングクランプを完了する。

【0037】

ステップ６：冷却水装置を起動し、左接線上荷重シリンダ１、左接線下荷重シリンダ２、右接線上荷重シリンダ５、右接線下荷重シリンダ４、上法線荷重シリンダ３、及び下法線荷重シリンダ６の動力伝達プレートにおいて冷却水を循環させる。

【0038】

ステップ７：試験箱１６を起動し、且つ目標温度を予め設定し、試験箱１６内の温度を予め設定された目標温度に到達させる。

【0039】

ステップ８：力制御により、左接線上荷重シリンダ１、左接線下荷重シリンダ２、右接線上荷重シリンダ５、右接線下荷重シリンダ４、前側方向上荷重シリンダ８、前側方向下荷重シリンダ７、後側方向上荷重シリンダ１０、後側方向下荷重シリンダ９、上法線荷重シリンダ３、及び下法線荷重シリンダ６を一定の荷重速度で力制御し、岩石試料１８の６つの界面の静油圧力状態τ＝σ_ｐ＝σ_ｎを法線応力σ_ｎ１の目標値まで上昇させ、ここで、τがせん断応力であり、σ_ｐが側方向応力であり、σ_ｎが法線応力である。

【0040】

ステップ９：上法線荷重シリンダ３及び下法線荷重シリンダ６をサーボ制御し、法線応力が一定にし、そして、力制御によって、左接線上荷重シリンダ１、左接線下荷重シリンダ２、右接線上荷重シリンダ５、右接線下荷重シリンダ４、前側方向上荷重シリンダ８、前側方向下荷重シリンダ７、後側方向上荷重シリンダ１０、後側方向下荷重シリンダ９を一定の荷重速度で力制御し、せん断面及び側方向面の応力を側方向応力σｐ_１の目標値にまで増大させる。

【0041】

ステップ１０：前側方向上荷重シリンダ８、前側方向下荷重シリンダ７、後側方向上荷重シリンダ１０、後側方向下荷重シリンダ９、上法線荷重シリンダ３、及び下法線荷重シリンダ６をサーボ制御し、側方向応力及び法線応力を一定にし、そして、力制御によって、せん断面の応力が岩石応力τ_０にまで増加するように、左接線上荷重シリンダ１、左接線下荷重シリンダ２、右接線上荷重シリンダ５、右接線下荷重シリンダ４が一定の荷重速度で力制御を行う。

【0042】

ステップ１１：前側方向上荷重シリンダ８、前側方向下荷重シリンダ７、後側方向上荷重シリンダ１０、後側方向下荷重シリンダ９、上法線荷重シリンダ３、及び下法線荷重シリンダ６をサーボ制御し、側方向応力及び法線応力を一定にし、同時に、岩石試料１８がせん断方向での受力過程中、左下断面及び右上断面に岩石応力τ_０を維持するように、左接線下荷重シリンダ２及び右接線上荷重シリンダ５をサーボ制御し、そして、位置制御によって、残留強度に達するまで、左接線上荷重シリンダ１及び右接線下荷重シリンダ４が一定の荷重速度でせん断力を増大させる。

【0043】

ステップ１２：コンピュータのインターフェイスは、力測定センサー及び変位センサー１９に接続され、力測定センサー及び変位センサー１９により、リアルタイム信号をコンピュータにフィードバックし、これに介して、コンピュータが変位と力のデータと岩石試料のマクロ破壊（ｍａｃｒｏ ｆｒａｃｔｕｒｅ）モードを記録する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】