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专利号: 202210056705X
申请人: 东北石油大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种拉‑剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置,其特征在于:这种拉‑剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置包括顶部支撑座(1)、一对上加压架(7)、一对下加压架(9)、底部支撑座(6)、岩石试样(4);顶部支撑座(1)和底部支撑座(6)通过限位柱(2)连接,一对上加压架(7)、一对下加压架(9)对应设置在顶部支撑座(1)和底部支撑座(6)之间且构成外部加压架,所述一对上加压架(7)对称固定在顶部支撑座(1)下,所述一对下加压架(9)对称固定在底部支撑座(6)上,每个上加压架从对应的下加压架的两个螺栓柱之间穿过;岩石试样(4)位于外部加压架中间,岩石试样的中心具有圆形通孔,上承压板(12)、下承压板(17)对合置于圆形通孔内,上承压板(12)、下承压板(17)均为半圆柱形的,上承压板、下承压板对合缝外侧的岩石试样上分别开有较窄通缝,作为裂缝扩展的初始裂缝,岩块试样(4)两个端面与通缝相交处分别贴合着一个位移传感器感应贴片(13),位移传感器感应贴片(13)均连接一个位移传感器(3),位移传感器(3)连接至信息采集系统;上承压板(12)两个端面分别固定一个上加压板(8),下承压板(17)两个端面分别固定一个下加压板(16),上加压板(8)和下加压板(16)上均设置有多个应力装配调节孔(11),上加压板(8)通过应力装配调节孔(11)与对应的上加压架(7)可拆卸固定连接,下加压板(16)通过应力装配调节孔(11)与对应的下加压架(9)可拆卸固定连接,利用应力装配调节孔,根据需要的加压方式,进行对应应力装配调节孔的调配。

2.根据权利要求1所述的拉‑剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置,其特征在于:所述的上承压板(12)和上加压板(8)之间利用螺铆结构固定,下承压板(17)和下加压板(16)之间利用螺铆结构固定,上加压板(8)、下加压板(16)均带有应力装配调节孔(11),起到和外部加压架进行连接以及限制力的方向的作用。

3.根据权利要求2所述的拉‑剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置,其特征在于:所述的顶部支撑座(1)和底部支撑座(6)通过两个限位柱(2)连接,顶部支撑座(1)上设置凸起限位槽(5),顶部支撑底座(1)由凸起限位槽(5)和螺栓(10)与上加压架(7)进行刚性连接;底部支撑座(6)上也设置凸起限位槽(5),底部支撑底座(6)由凸起限位槽(5)和螺栓(10)与下加压架(9)进行刚性连接。

4.根据权利要求3所述的拉‑剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置,其特征在于:所述的岩石试样是圆柱体,上承压板(12)、下承压板(17)分别严密贴合于岩石试样圆形通孔内壁。

5.根据权利要求4所述的拉‑剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置,其特征在于:所述的上加压架(7)与上加压板(8)装配时,下加压架(9)与下加压板(16)装配时,应力装配调节孔(11)所选择的孔位不同,各加压板和相应的加压架通过不同应力装配调节孔连接接,对于岩石试样所施加的力是方向不同的,按照对于岩石试样所施加的力的不同,使岩石试样受到多种不同的应力状态,产生不同的裂缝形态,裂缝形态是Ⅰ型的或Ⅱ型或复合型的。

6.根据权利要求5所述的拉‑剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置,其特征在于:所述的底部支撑座(6)置于微机控制电液伺服万能试验机的加载台,微机控制电液伺服万能试验机的加载板位于顶部支撑座的,微机控制电液伺服万能试验机加载时,加载板作用于顶部支撑座,使顶部支撑座(1)和底部支撑座(6)产生相对运动,带动上加压架(7)、下加压架(9)相对运动,给岩石试样两侧的上加压板(8)、下加压板(16)施加反方向、同大小的压力,同时,微机控制电液伺服万能试验机的压力采集器采集压力。

7.根据权利要求6所述的拉‑剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置,其特征在于:所述的上加压板(8)上的应力装配调节孔(11)有6个,下加压板(16)上的应力装配调节孔(11)有4个,上加压板上的应力装配调节孔具有间隔的2个应力装配调节孔的中心线与下加压板上的应力装配调节孔得圆心是对应的,这样在装配的时候就能构成一个固定的装配组合,而每个组合,对应不同的拉‑剪复合应力组合方式,可根据实际需要进行调整,以测试不同复合应力要求下的岩石断裂韧性。

8.一种权利要求7所述的拉‑剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置的测试方法,其特征在于包括如下步骤:

一、岩样制备:

(1)将井下取出的天然页岩加工成标准尺寸的岩石试样,岩石试样为圆柱体页岩试样;

(2)利用数控线切割在岩石试样中心切出圆形通孔,并在圆形通孔外侧开出初始裂缝,以及开出位移传感器感应贴片安装槽,位移传感器感应贴片安装槽位于初始裂缝延伸至岩石试样两端面处的位置;

(3)在各位移传感器感应贴片安装槽内安装位移传感器感应贴片;

二、各向异性岩石复合断裂韧性测试:

(1)将岩石试样圆形通孔内放入上承压板(12),下承压板(17),并用胶固定;

(2)将岩石试样通过上承压板(12)与上加压板(8)连接,下承压板(17)与下加压板(16)连接,再将上加压板(8)、下加压板(16)与外部加压架连接;

(3)将拉‑剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置放置于微机控制电液伺服万能试验机的加载台上,启动微机控制电液伺服万能试验机,加载板开始加压,岩石试样受到内侧均匀的拉力,沿初始裂缝开始扩展,产生纵向位移,测试记录施加的压力和裂缝扩展的张开位移;

(4)将施加压力以及裂缝扩展的张开位移绘制成曲线,曲线的变化表示随压力的逐渐增大,岩石试样内侧的拉力增大,再辅以岩石试样的纵向位移变化动态以及裂缝扩展情况,曲线用于分析岩石试样的断裂韧性。