[发明专利]一种用于测量岩石破碎能量的方法及系统

权利要求书

1.一种用于测量岩石破碎能量的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取岩石样品的抗压强度数据；

对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力；

根据所述切削力，结合所述抗压强度数据计算所述岩石样品的能量释放速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力步骤中，包括：

设置所述单轴连续划刻测试的测试参数，其中，所述测试参数包括所述岩石样品与刀片间的夹角、刀片每次下入岩样的深度和刀片的移动速度；

按照所述测试参数，控制刻划装置内的刀片刻划过所述岩石样品的上表面，其中，刀片的推进方向与岩样的轴向方向一致；

在刻划过程中，实时生成所述刀片的受力状态信息。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用如下表达式计算所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量：

其中，G表示所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量，ν表示所述抗压强度数据内的泊松比，E表示所述抗压强度数据内的杨氏模量，F_eq表示切削力，w表示刀片宽度，d表示刀片的下入深度。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力步骤中，包括：

获取刻划测试过程中刀具移动的实时位置坐标数据，将刀具几何中心位置坐标数据转换为切削力平面内裂缝尖端应力场的各个分布点的位置坐标数据，所述切削力平面为刀片水平移动方向和垂向方向所形成的平面；

根据所述各个分布点的位置坐标数据，利用预先建立的关于所述切削力平面的应力解析模型，通过解析解应力函数解法，计算所述刀片在测试过程中所受应力的水平切向力和垂直切向力；

基于当前所述岩石岩样的上表面与刻划刀片之间的夹角角度，根据所述水平切向力和垂直切向力，计算所述切削力。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

刀片每次下入深度的范围为0.01mm～0.02mm；

刀片移动速度小于10mm/s。

6.根据权利要求2或5所述的方法，其特征在于，在按照所述测试参数，控制刻划装置内的刀片刻划过所述岩石样品的上表面步骤之前，还包括：

对当前划刻测试的岩石样品进行表面平滑处理。

7.一种用于测量岩石破碎能量的系统，其特征在于，所述系统按照如权利要求1～6中任一项所述的方法执行，所述系统包括：

刻划装置，其用于对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力；

刻划控制及能量计算装置，其用于获取岩石样品的抗压强度数据，以及根据所述切削力，结合所述抗压强度数据计算所述岩石样品的能量释放速率。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述刻划控制及能量计算装置，包括：

测试参数生成模块，其用于设置所述单轴连续划刻测试的测试参数，其中，所述测试参数包括所述岩石样品与刀片间的夹角、刀片每次下入岩样的深度和刀片的移动速度；

测试控制模块，其用于按照所述测试参数，控制刻划装置内的刀片刻划过所述岩石样品的上表面，其中，刀片的推进方向与岩样的轴向方向一致；

受力信息生成模块，其用于在刻划过程中，实时生成所述刀片的受力状态信息。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，利用如下表达式计算所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量：

其中，G表示所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量，ν表示所述抗压强度数据内的泊松比，E表示所述抗压强度数据内的杨氏模量，F_eq表示切削力，w表示刀片宽度，d表示刀片的下入深度。

10.根据权利要求7～9中任一项所述的系统，其特征在于，所述刻划装置包括：

固定架；

倾角控制台，其安装于所述固定架的下方，用于调节刻划刀片与岩样上表面的夹角角度、以及控制所述刻划刀片的移动；

刀具组合，其通过夹具安装于所述倾角控制台；

样品固定台，其位于所述刀具组合的下方，用于放置并固定所述岩石样品，使得所述划刻刀片与所述岩石样品的上表面呈所述夹角角度。