[发明专利]测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统及方法

说明书

一种测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，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。相对于现有技术，本发明能够模拟真实储层环境，精确测定岩石断裂韧度，为深部能源工程发展提供支持。

技术领域

本发明涉及岩石断裂力学研究领域，特别涉及一种测试深部岩体高温高压环境下I型断裂韧度值的试验系统。

背景技术

断裂韧度是评价岩石力学特性（包括岩石裂缝起裂、扩展以及破裂机制等）的重要参数。因此，获得准确的岩石断裂韧度值、设计发明科学的测试测量方法至关重要。

现阶段，国内外科学家提出了几种岩石断裂韧度的测试方法，对岩石断裂力学的发展具有很大的促进作用。Franklin（1988）首次提出了利用V-型切缝弯曲试件（CB）和短棒试件（SR）两种测试I型断裂韧度方法，并推荐为国际岩石力学与工程学会（ISRM）的标准试验方法；Fowell（1995）提出了用中间V-型切缝的巴西圆盘（CCNBD）试件测试岩石I型断裂韧度，并推荐为国际岩石力学与工程学会（ISRM）的标准试验方法；另外一个ISRM建议的新颖试验方法是采用Kuruppu（2015）提出的半圆盘（SCB）试件。

虽然以上ISRM建议的I型岩石断裂韧度测试方法，为解决地表岩石力学工程问题提供了很大的帮助。但是，随着人类工程建设活动不断向地球深部发展，例如二氧化碳地质封存、页岩储层的大规模体积压裂等，都需要考虑深部岩体所处的高温高压环境，以及在这种深部环境影响下的岩石断裂力学特征。因此，发明科学的岩石力学试验设备模拟地球深部环境，并精确测得岩石断裂韧度这个重要参数，对深部岩石力学工程具有重要的参考价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统及试验方法，以解决现有的岩体断裂韧度测试中试件制备、实验方案过于复杂，实验目的过于单一的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，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。

上述测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，所述支撑垫为滚轴。

上述测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，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。

上述测试深部岩体I型断裂韧度的试验系统，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。