CN101710042A - 测试岩石ⅰ型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置及方法，在测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置上进行岩石单轴拉伸蠕变断裂试验和常规断裂试验，测定岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度。该测试方法将外部传来的压力转化为岩石试件内部的拉力，以实现对岩石试件的单轴拉伸。使室内测试岩石断裂韧度的试验操作更加简单化，保证了试验所测数据的准确性，具有相当高的精度，因此具有良好的使用和推广价值。

Description

测试岩石Ⅰ型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种岩石性能试验研究技术领域，特别涉及一种测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置及方法。

背景技术

测试岩石I型断裂韧度的传统方法有扭转试验、三点弯曲试验和圆环试验，由这些传统岩石力学试验方法测得的岩石断裂韧度常常存在很大的误差，且具有相当大的离散性，很难得到理想的的岩石I型断裂韧度值。此外，岩石蠕变断裂韧度虽然是反映岩石工程特性的重要指标，但目前还没有人进行过岩石蠕变断裂韧度测试。

发明内容

本发明是针对现有测试岩石技术中存在很大的离散性的问题，提出了一种测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置及方法，可以在单轴拉伸试验条件下测试岩石I型蠕变断裂韧度和岩石I型断裂韧度，为岩石力学研究和岩石工程设计施工服务。

本发明的技术方案为：一种测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置，其特征在于，包括上顶盖、下顶盖、外套筒、内套筒、拉垫块、联结螺栓、联结环、吊块、下底盖、压轴，上顶盖与下底盖为一圆形顶盖，与外套筒一起形成一全封闭的筒形结构；外套筒与内套筒均为一内空的圆柱体形状，上下截面分别留有联结孔，拉垫块与联结环均为一圆形平板，四周均布置联结螺栓孔，用螺栓与联结环联结，并与吊块形成一整体结构，压轴为一圆柱体结构，横穿过吊块，上顶盖受压，通过外套筒牵动压轴运动，带动吊块、联结环和拉垫块运动。

一种测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的方法，包括测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置，其特征在于，方法包括如下步骤：

1)在试件中部由人工预制一个环形边裂纹，用砂轮磨成60°V形切口，然后用嵌有金刚石粒的钢丝修成裂纹尖端；

2)将制作好的圆柱体试件置于测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置内，然后再将测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置放在单轴压缩蠕变试验架上进行分级加载试验，直至试样断裂；

3)加载破坏前的最后一级荷载记为蠕变峰值荷载P_R，岩石的蠕变断裂韧度可通过下述公式获得：

$K_{\mathrm{ICR}}=\frac{P_R}{D\sqrt{D}}f\left(\frac{d}{D}\right)---\left(1\right)$

$f\left(\frac{d}{D}\right)=(1.72\frac{D}{d}-1.27)---\left(2\right)$

其中D是试件直径，d是裂纹面上净断面直径，用蠕变峰值荷载P_R代入(1)就可得到岩石的I型蠕变断裂韧度K_ICR；

4)如将步骤2)中放置好试块的测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置放在岩石压力试验机上进行破坏试验，可获得试件破坏时的荷载P_C，利用下述公式可获得岩石的I型断裂韧度K_IC，

$K_{\mathrm{IC}}=\frac{P_C}{D\sqrt{D}}f\left(\frac{d}{D}\right)---\left(3\right)$ 式(3)中，

见(2)。

本发明的有益效果在于：本发明测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置及方法，使室内测试岩石断裂韧度的试验操作更加简单化，保证了试验所测数据的准确性，具有相当高的精度，因此具有良好的使用和推广价值。

附图说明

图1为本发明测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置中拉伸试验仪结构示意图；

图2为本发明测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置中上顶盖示意图；

图3为本发明测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置中下顶盖示意图；

图4为本发明测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置中圆柱体岩石试样图。

具体实施方式

如图1所示测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置由上顶盖1、下顶盖2、外套筒3、内套筒4、拉垫块5、联结螺栓6、联结环7、吊块8、下底盖9、压轴10构成，上顶盖1与下底盖9截面为一圆形顶盖，上顶盖1如图2所示形状为凹槽形状，与外套筒3一起形成一全封闭的筒形结构。下顶盖9如图3所示为圆形凸帽，内布置有螺栓孔，围绕一周均匀分布。外套筒3与内套筒4截面均为圆形截面，是一内空的圆柱体形状，上下截面分别留有联结孔，拉垫块5与联结环7均为一圆形平板，四周均布置联结螺栓孔，用螺栓6与联结环联结，并与吊块8形成一整体结构，压轴10为一圆柱体结构，压轴10作为整个装置的重要的传动构件，需要一定的强度。试验机对上顶盖1施压，通过外套筒3牵动压轴10向下运动，带动吊块8、联结环7和拉垫块5向下运动，进而对岩石试件进行拉伸。上述构件均可用合金钢加工而成。

本发明是利用新的测试方法在测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置上进行岩石单轴拉伸蠕变断裂试验和常规断裂试验，测定岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度。该测试方法将外部传来的压力转化为岩石试件内部的拉力，以实现对岩石试件的单轴拉伸。该测试方法采用圆柱体岩石试件，如图4所示圆柱体岩石试样图，在试件中部由人工预制一个环形边裂纹，用砂轮磨成60°V形切口，然后用嵌有金刚石粒的钢丝修成裂纹尖端。之后将制作好的圆柱体试件置于测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置内，然后再将测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置放在单轴压缩蠕变试验架上进行分级加载试验，直至试样断裂，加载破坏前的最后一级荷载记为蠕变峰值荷载P_R，岩石的蠕变断裂韧度可通过下述公式获得：

$K_{\mathrm{ICR}}=\frac{P_R}{D\sqrt{D}}f\left(\frac{d}{D}\right)...\left(1\right)$

$f\left(\frac{d}{D}\right)=(1.72\frac{D}{d}-1.27)...\left(2\right)$

其中D是试件直径，d是裂纹面上净断面直径。用蠕变峰值荷载P_R代入(1)就可得到岩石的I型蠕变断裂韧度K_ICR。

如在上述过程中将放置好试块的测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置放在岩石压力试验机上进行破坏试验，可获得试件破坏时的荷载P_C，利用下述公式可获得岩石的I型断裂韧度K_IC。

$K_{\mathrm{IC}}=\frac{P_C}{D\sqrt{D}}f\left(\frac{d}{D}\right)...\left(3\right)$

式(3)中，

见(2)。

Claims (2)

1.一种测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置，其特征在于，包括上顶盖(1)、下顶盖(2)、外套筒(3)、内套筒(4)、拉垫块(5)、联结螺栓(6)、联结环(7)、吊块(8)、下底盖(9)、压轴(10)，上顶盖(1)与下底盖(9)为一圆形顶盖，与外套筒(3)一起形成一全封闭的筒形结构；外套筒(3)与内套筒(4)均为一内空的圆柱体形状，上下截面分别留有联结孔，拉垫块(5)与联结环(7)均为一圆形平板，四周均布置联结螺栓孔，用螺栓(6)与联结环(7)联结，并与吊块(8)形成一整体结构，压轴(10)为一圆柱体结构，横穿过吊块(8)，上顶盖(1)受压，通过外套筒(3)牵动压轴(10)运动，带动吊块(8)、联结环(7)和拉垫块(5)运动。

2.一种测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的方法，包括测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置，其特征在于，方法包括如下步骤：

1)在试件中部由人工预制一个环形边裂纹，用砂轮磨成60°V形切口，然后用嵌有金刚石粒的钢丝修成裂纹尖端；

2)将制作好的圆柱体试件置于测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置内，然后再将测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置放在单轴压缩蠕变试验架上进行分级加载试验，直至试样断裂；

3)加载破坏前的最后一级荷载记为蠕变峰值荷载P_R，岩石的蠕变断裂韧度可通过下述公式获得：

$K_{\mathrm{ICR}}=\frac{P_R}{D\sqrt{D}}f\left(\frac{d}{D}\right)---\left(1\right)$

$f\left(\frac{d}{D}\right)=(1.72\frac{D}{d}-1.27)---\left(2\right)$

其中D是试件直径，d是裂纹面上净断面直径，用蠕变峰值荷载P_R代入

(1)就可得到岩石的I型蠕变断裂韧度K_ICR；

4)如将步骤2)中放置好试块的测试岩石I型蠕变断裂韧度和断裂韧度的装置放在岩石压力试验机上进行破坏试验，可获得试件破坏时的荷载P_C，利用下述公式可获得岩石的I型断裂韧度K_IC，

$K_{\mathrm{IC}}=\frac{P_C}{D\sqrt{D}}f\left(\frac{d}{D}\right)---\left(3\right)$

式(3)中，见(2)。

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