[发明专利]测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统及方法

权利要求书

1.一种测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，其特征在于，包括具有中间切缝的半圆盘岩石试件、用于对所述半圆盘岩石试件施加轴向压力的加载系统、用于对半圆盘岩石试件施加高温围压的真空压力室、用于真空压力室排气的真空泵和用于对真空压力室注入惰性气体的惰性气体系统，所述具有中间切缝的半圆盘岩石试件放置在真空压力室内，轴向压力的加载系统伸入到真空压力室内作用到具有中间切缝的半圆盘岩石试件上，具有中间切缝的半圆盘岩石试件的下面设置有两个支撑垫，两个支撑垫分别设置在具有中间切缝的半圆盘岩石试件的切缝的两侧，真空压力室与惰性气体系统连接，在真空压力室内设置有加热装置。

2.根据权利要求1所述的测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，其特征在于：所述支撑垫为滚轴。

3.根据权利要求2所述的测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，其特征在于：所述具有中间切缝的半圆盘岩石试件包括半圆盘岩石，半圆盘岩石的底部中间位置设置有人工切缝，在人工切缝下面设置切口位移计，用于实时测量试验过程中切缝张开度。

4.根据权利要求2所述的测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，其特征在于：所述轴向压力的加载系统包括加载盘，传力杆的底部通过加载盘与具有中间切缝的半圆盘岩石试件连接，传力杆的顶部伸出真空压力室外与真空压力室顶部的加载梁连接，在真空压力室外设置有导杆，加载梁的两端由导杆支撑，导杆的上部设置有弹簧装置，压力加载装置对加载梁施加压力，压力通过加载梁及传力杆传递到具有中间切缝的半圆盘岩石试件上。

5.根据权利要求6所述的测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，其特征在于：所述压力加载装置上设置有测力传感器及位移传感器，用于对半圆盘试件施加轴向载荷，并能采用力与位移两种控制方式。

6.根据权利要求1所述的测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，其特征在于：所述真空压力室内的加热装置为盘绕在真空密闭压力室内壁上的加热电阻丝，支撑垫底部设置有垫块，垫块与真空压力室之间通过密封垫固定，传力杆的底顶部与真空密压力室之间设置有法兰盘，法兰盘与真空密闭压力室及传力杆之间均由密封圈密封；所述真空压力室设置有与惰性气体系统连通的气体注入端口，真空压力室还设置有气体排出端口，气体排出端口与抽真空系统连接，真空压力室还设置有温度传感器和压力传感器。

7.根据权利要求6所述的测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，其特征在于：所述抽真空系统包括与真空压力室连通的涡轮高真空泵，涡轮高真空泵与旋转泵连接，所述惰性气体系统包括高压计量注射泵、开关和惰性气源，其中真空压力室依次与高压计量注射泵、开关和惰性气源通过管道连通，在管道上设置有压力计、温度计和流量计。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，其特征在于：所述半圆盘岩石试件的直径为75mm，人工切缝 长α为16mm，两个支撑垫之是的距离S为60mm。

9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

a：具有中间切缝的半圆盘岩石试件的制作：钻取岩芯，制作半圆盘岩石试件，半圆盘岩石试件直径大于岩石类材料颗粒尺寸的10倍或者76mm，厚度大于或等于0.4倍的直径，人工切缝长α，，支撑圆棒之间的跨距S，；

b：钻取岩芯过程中，选取进钻方位并制作结构面倾角分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°的岩石试件；

c：钻取岩芯时，尽量避免试样微观损伤，防止影响断裂韧度测定精度；

d：取样、切割及试验过程中，清楚标明各向异性试件层理方向、试件标号、切口位置、切缝长度和加载搁置位置点；

e：将中间切缝半圆盘试件置于真空压力室的垫迅雷会员上，并布置惰性气体系统、传感器，检查密封装置和加热电阻丝；

f：通过法兰盘密封压力室，利用涡轮高真空泵和旋转泵抽出压力室空气，直至真空；

g：通过气体注入端口，利用惰性气体泵注系统，向真空压力室注入惰性气体，并记录压力、温度、流量；

h：利用加热电阻丝给真空压力室提供高温环境，并实时测量真空压力室的温度和压强直至方案设计值，达到模拟深部岩体高温高压环境的目的；

i：维持真空压力室温度和压强不变，开始实施断裂韧度测试的轴向加载，加载方向和人工切缝要严格保持在一条直线上，位移控制加载，速率为0.06mm/min；

j：设计真空压力室不同的温度和压强，能模拟不同深度的岩体环境，测定不同结构面倾角下的岩体I型断裂韧度值。