深部岩石断裂韧度试验系统及方法

本发明属于岩石物理性质检测，尤其涉及一种深部岩石断裂韧度试验系统及方法。

背景技术：

1、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，通常会制备相应的岩石试件，通过对岩石试件加载压力，检测加载过程中的岩石试件上的裂隙变化来计算岩石的断裂韧度。

2、现有技术中，对试件上的裂隙检测通常采用超声波检测法和图像检测法，其中，超声波检测法主要通过检测并分析压力加载过程造成的波形变化，实现断裂韧度的计算，但波形分析过程较为复杂，并且很容易受到装置本身产生的机械波的干扰，检测精度较低。而图像检测法受限于摄像装置的性能，对裂隙的微小变化敏感度较低，检测精度较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种深部岩石断裂韧度试验系统及方法，旨在解决现有技术中的试验系统对试件的裂隙检测精度低的问题。

2、本发明实施例的第一方面提供了一种深部岩石断裂韧度试验系统，包括：

3、试验试件、真空压力室以及上位机；

4、试验试件上存在初始裂隙；试验试件设置在真空压力室的预定位置；真空压力室内设置有围压加载装置、轴向压力加载装置、电阻测试装置以及摄像装置；

5、围压加载装置、轴向压力加载装置、电阻测试装置和摄像装置均与上位机连接；电阻测试装置用于测量试验试件的电阻；摄像装置用于拍摄试验试件的初始裂隙的扩展图像；

6、上位机用于控制围压加载装置和轴向压力加载装置向试验试件加载压力，使试验试件上的初始裂隙发生扩展；

7、上位机还用于在试验试件上的初始裂隙发生扩展时，获取试验试件的电阻变化和初始裂隙的扩展图像，并根据试验试件的电阻变化和初始裂隙的扩展图像，确定试验试件的断裂韧度。

8、在一些可能的实现方式中，上位机具体用于：

9、根据试验试件的电阻变化，将初始裂隙的扩展过程划分为多个扩展阶段；

10、根据每个扩展阶段开始时刻的扩展图像和结束时刻的扩展图像，确定各个扩展阶段内试验试件的位移场分布数据；

11、根据各个扩展阶段的位移场分布数据，确定试验试件的断裂韧度。

12、在一些可能的实现方式中，上位机具体用于：

13、根据围压加载装置和轴向压力加载装置的加载压力，将初始裂隙的扩展过程划分为多个加载阶段；

14、根据每个加载阶段开始时刻的扩展图像和结束时刻的扩展图像，确定各个扩展阶段内试验试件的位移场分布数据；

15、根据各个加载阶段开始时刻的扩展图像和结束时刻的扩展图像

16、根据各个扩展阶段内试验试件的电阻变化，确定修正向量；

17、根据修正向量和位移场分布数据，确定试验试件的断裂韧度。

18、在一些可能的实现方式中，装置还包括：环境控制装置；

19、环境控制装置与上位机连接；上位机用于根据环境控制装置调整真空压力室中的试验试件的所处环境。

20、在一些可能的实现方式中，环境控制装置包括：温度传感器、压力传感器、加热装置；

21、温度传感器、压力传感器、加热装置均与上位机连接。

22、在一些可能的实现方式中，上位机还用于：

23、获取温度传感器采集的温度数据和压力传感器采集的压力数据；

24、根据温度传感器采集的温度数据和压力传感器采集的压力数据，确定电阻影响因子；

25、根据电阻影响因子，对试验试件的电阻变化进行修正。

26、在一些可能的实现方式中，轴向压力加载装置包括静态压力加载装置和动态压力加载装置。

27、在一些可能的实现方式中，该装置还包括：试件更换室；

28、试件更换室的容积等于试验试件体积；试件更换室设置在真空压力室的一侧；试件更换室内设置有可密封的对外窗口和对内窗口；试件更换室内设置有预加热装置；真空压力室内还设置有更换机械手。

29、本发明实施例的第一方面提供了一种深部岩石断裂韧度试验方法，包括：

30、将试验试件设置在真空压力室的预定位置；

31、控制围压加载装置和轴向压力加载装置向试验试件加载压力；

32、获取试验试件的电阻变化和初始裂隙的扩展图像；

33、根据试验试件的电阻变化和初始裂隙的扩展图像，确定试验试件的断裂韧度。

34、在一些可能的实现方式中，该方法还包括：

35、打开试件更换室的对外窗口，并将第一试件置入试件更换室；

36、密封对外窗口，并根据预加热装置对试件更换室内的第一试件进行加热，使第一试件与真空压力室内的试验试件的温度相同；

37、打开试件更换室的对内窗口，根据真空压力室的更换机械手将第一试件与试验试件更换；

38、密封试件更换室的对内窗口。

39、本发明实施例提供的深部岩石断裂韧度试验系统及方法，其中，该系统包括试验试件、真空压力室以及上位机；试验试件上存在初始裂隙；试验试件设置在真空压力室的预定位置；真空压力室内设置有围压加载装置、轴向压力加载装置、电阻测试装置以及摄像装置；上位机用于控制围压加载装置和轴向压力加载装置向试验试件加载压力，使试验试件上的初始裂隙发生扩展；上位机还用于在试验试件上的初始裂隙发生扩展时，获取试验试件的电阻变化和初始裂隙的扩展图像，并根据试验试件的电阻变化和初始裂隙的扩展图像，确定试验试件的断裂韧度。通过对试件电阻变化的监测来检测试件裂隙的微小变化，再结合裂隙扩展过程中的图像，得到准确的裂隙变化数据，从而提高裂隙的检测精度，保证岩石断裂韧度的计算准确性。

技术特征：

1.一种深部岩石断裂韧度试验系统，其特征在于，包括：试验试件、真空压力室以及上位机；

2.根据权利要求1所述的深部岩石断裂韧度试验系统，其特征在于，所述上位机具体用于：

3.根据权利要求1所述的深部岩石断裂韧度试验系统，其特征在于，所述上位机具体用于：

4.根据权利要求1所述的深部岩石断裂韧度试验系统，其特征在于，所述装置还包括：环境控制装置；

5.根据权利要求4所述的深部岩石断裂韧度试验系统，其特征在于，所述环境控制装置包括：温度传感器、压力传感器、加热装置；

6.根据权利要求5所述的深部岩石断裂韧度试验系统，其特征在于，所述上位机还用于：

7.根据权利要求1所述的深部岩石断裂韧度试验系统，其特征在于，所述轴向压力加载装置包括静态压力加载装置和动态压力加载装置。

8.根据权利要求1-7任一项所述的深部岩石断裂韧度试验系统，其特征在于，所述装置还包括：试件更换室；

9.一种深部岩石断裂韧度试验方法，其特征在于，应用于深部岩石断裂韧度试验系统，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的深部岩石断裂韧度试验方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结
本发明实施例提供的深部岩石断裂韧度试验系统及方法，其中，该系统包括试验试件、真空压力室以及上位机；真空压力室内设置有围压加载装置、轴向压力加载装置、电阻测试装置以及摄像装置；上位机用于控制围压加载装置和轴向压力加载装置向试验试件加载压力，使试验试件上的初始裂隙发生扩展；上位机还用于在试验试件上的初始裂隙发生扩展时，获取试验试件的电阻变化和初始裂隙的扩展图像，并根据试验试件的电阻变化和初始裂隙的扩展图像，确定试验试件的断裂韧度。通过对试件电阻变化的监测来检测试件裂隙的微小变化，再结合裂隙扩展过程中的图像，得到准确的裂隙变化数据，从而提高裂隙的检测精度，保证岩石断裂韧度的计算准确性。

技术研发人员：韩伟歌,朱正国,徐飞,韩智铭,郭小龙,方智淳,陈树杰,冯天昊,于紫善,楚少虎,杨裕炜,李航达,宋辰霄,申昊
受保护的技术使用者：石家庄铁道大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12