[发明专利]拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置

说明书

本发明涉及的是拉伸‑剪切复合应力的作用下的断裂韧性的实验装置，它包括顶部支撑座、一对上加压架、一对下加压架、底部支撑座、岩石试样；顶部支撑座和底部支撑座通过限位柱连接，一对上加压架、一对下加压架对应设置在顶部支撑座和底部支撑座之间且构成外部加压架，岩石试样位于外部加压架中间，岩石试样有圆形通孔，上承压板、下承压板对合置于圆形通孔内，圆形通孔两侧开有通缝，通缝处设置位移传感器；上承压板两个端面分别固定上加压板，下承压板两个端面分别固定下加压板，上加压板和下加压板上均设置有多个应力装配调节孔。本发明可以对岩石的不同方向施加拉伸‑剪切应力进行破坏，得出岩石在的拉伸‑剪切应力条件下的复合断裂韧性。

技术领域：

本发明涉及的是岩石力学工程、石油工程、采矿工程等领域中的一种层理页岩、割理煤样、纹层板岩等各向异性岩石在拉伸-剪切复合应力条件下的断裂韧性测试技术，具体涉及的是一种拉伸-剪切复合应力条件下具有各向异性的岩石在拉伸-剪切复合应力的作用下的断裂韧性的实验装置。

背景技术：

在人为对储层进行压裂改造的时候，由于储层岩石的各向异性，导致岩石的断裂韧性也非恒定值，所以人们为了测量各向异性岩石断裂韧性，采取了许多办法，也产生了许多的实验方式：

（1）采用直接拉伸测试岩石断裂韧性的实验，即直接拉伸实验，因为直接拉伸实验也可测实拉伸条件下的岩石断裂韧性，所以人们常采用拉伸实验用以测试岩石的拉伸断裂韧性，直接拉伸实验中，大多采用两种固定方式，第一种是岩石试样用胶粘固定在两侧的拉伸仪器上，第二种是是采用机械夹紧的固定方式在装置上进行固定，而这两种方式的固定方式都会出现一定的问题和弊端：首先是用胶粘固定的方式，容易在粘和部位被拉断，导致数据无法测定，进而实验失败；其次是用机械夹紧进行固定的方式，会因为机械夹紧的夹紧作用，导致在机械夹紧的位置产生应力集中，最终导致实验的失败，进而无法测出岩石拉伸条件下的断裂韧性；

（2）采用间接拉伸测试岩石断裂韧性的实验，即间接拉伸实验，迄今为止，针对间接拉伸条件下的断裂韧性实验对岩石断裂韧性的研究，现今阶段主要测试手段主要来自于三点弯曲实验，主要包括圆柱形三点弯曲实验、半圆柱形三点弯曲实验以及长方形三点弯曲实验，以上实验方法都是通过在试样中间的上方以及试样两侧的下方各施加一个力，相当于施加三点压缩的点载荷，对岩石的三个点施加应力，使得岩石试样弯曲，岩石试样下方出现等效的拉伸断裂，以此获得岩石的断裂韧性。但是岩石试样三点是点载荷，导致岩石试样受力不均匀，产生应力集中，有应力集中的问题；岩石所受的拉伸应力是由纵向压缩应力转化而来的一种间接拉伸载荷，这使得载荷方向与裂缝扩展方向是垂直而非同一方向的，对于裂缝拓展的张开位移很难测定，而在现场工程中，获得裂纹扩展的张开位移是十分重要的，所以三点弯曲试验对于岩石断裂韧性的测定不是很合理的，对于实验数据的测定也是有困难的而且并不精准。

并且以上方法都只能测量拉伸情况下的岩石断裂韧性，而无法测试拉伸-剪切共同作用下的复合断裂韧性。所以设计出能够对岩石在拉-剪应力条件下岩石的复合断裂韧性进行测试的实验装置以及方法是势在必行的。

发明内容：

本发明的一个目的是提供拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置，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用于解决现有岩石的断裂韧性测试装置都只能测量拉伸情况下的岩石断裂韧性，而无法测试拉伸-剪切共同作用下的复合断裂韧性的问题，本发明的另一个目的是提供这种拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置的测试方法。