[发明专利]液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法与装置

权利要求书

1.一种液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

将具有预置割缝的岩石试件放入带有两个第一辊轴的容器中；

向所述容器中缓慢倒入液氮，直至液氮没过所述岩石试件为止；

保持岩石试件静置在液氮中预定时间，在预定时间内，不断通过管体向所述容器中添加液氮，以保持液氮没过岩石试件；

将试验机的压头压住所述岩石试件，并向所述容器中添加适量液氮，以使试验机的压头前端浸泡在液氮中；

控制试验机对所述岩石试件进行加载，直至所述岩石试件断裂，获取所述岩石试件断裂的加载力；

根据所述加载力按照预定规则得到液氮环境下岩石的断裂韧性。

2.根据权利要求1所述的液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法，其特征在于，所述预定规则为按照以下公式计算得到液氮环境下岩石的断裂韧性：

其中，K_IC表示为岩石的断裂韧性，单位为MPa·m^0.5；Y'表示为临界应力强度因子；P_max表示为岩石试件断裂时的加载力，单位为N；π表示圆周率；a表示为岩石试件预置割缝的高度，单位为mm；R表示为岩石试件的半径，单位为mm；B表示为岩石试件的厚度，单位为mm。

3.根据权利要求2所述的液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法，其特征在于，按照以下公式计算得到临界应力强度因子Y'：

Y'＝-1.297+9.516(S/R)-[0.47+16.457(S/R)]α

+[1.071+34.401(S/R)]α²

其中，S表示为第一辊轴中心之间距离的一半，单位为mm；R表示为岩石试件的半径，单位为mm；α是无量纲参数，

4.根据权利要求1所述的液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法，其特征在于，在将所述岩石试件放入带有两个第一辊轴的容器前，需要将温度传感器和变形传感器粘贴于所述岩石试件的表面。

5.根据权利要求1所述的液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法，其特征在于，所述预定时间为1小时。

6.根据权利要求1所述的液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法，其特征在于，在控制所述试验机对所述岩石试件进行加载，直至所述岩石试件断裂的过程中，需要不断向所述容器中添加液氮，以使所述岩石试件始终浸泡在液氮中。

7.根据权利要求1所述的液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法，其特征在于，所述容器、所述第一辊轴、以及所述试验机的压头均采用绝热材料制作。

8.一种如上任一项权利要求中所述的液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法采用的液氮环境下岩石断裂韧性的测试装置，其特征在于，该装置包括：

容器，其用于盛装液氮，所述容器的底部设置有两个第一辊轴；

岩石试件，其置于所述两个第一辊轴上，并浸泡在所述液氮中，所述岩石试件的表面粘贴有温度传感器和变形传感器；

试验机，其具有压头，所述压头能抵压所述岩石试件，并对所述岩石试件施力，直至所述岩石试件断裂；

盖体，所述盖体盖在所述容器上，并与所述液氮之间具有间距，所述盖体上开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔能通过管体，所述管体一端连接液氮源，另一端伸入所述容器的底部，以向所述容器中添加液氮，所述第二通孔能使所述压头通过。

9.根据权利要求8所述的液氮环境下岩石断裂韧性的测试装置，其特征在于，所述第一通孔的开口直径大于所述管体的直径，所述第二通孔的开口截面面积大于所述压头的截面面积。

10.根据权利要求8所述的液氮环境下岩石断裂韧性的测试装置，其特征在于，所述试验机的压头抵靠在所述岩石试件的中部。

11.根据权利要求8所述的液氮环境下岩石断裂韧性的测试装置，其特征在于，所述试验机的压头前端浸泡在所述液氮中。