本實(shí)用新型涉及巖石力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

巖石內(nèi)部微裂紋的孕育、擴(kuò)展是影響巖石宏觀變形破壞的主要細(xì)觀力學(xué)因素。由于巖石內(nèi)部含有較多的微裂紋，在外力的作用下，微裂紋端部會(huì)形成應(yīng)力集中，微裂紋開始擴(kuò)展為拉裂紋并逐漸連接貫通，最終導(dǎo)致了巖石的破壞。因此，拉破壞是導(dǎo)致巖石發(fā)生破壞的根本原因之一。巖石裂紋擴(kuò)展過程的觀測研究對巖石裂紋擴(kuò)展模型及本構(gòu)關(guān)系建立、巖石變形破壞機(jī)制分析和巖石工程穩(wěn)定性評價(jià)都具有重要意義。目前，現(xiàn)有技術(shù)多采用直接拉伸法或巴西劈裂法對巖石裂紋擴(kuò)展進(jìn)行研究，直接拉伸法的試樣制作難度較高，采用較少。而在巴西圓盤劈裂試驗(yàn)過程中，由于試驗(yàn)過程受多種條件因素的影響，如壓板與巴西盤之間的墊板(條)剛度及強(qiáng)度大小、墊板尺寸及形狀等，得到的結(jié)果有時(shí)不能獲取分析問題所需的足夠信息，甚至不能反映問題的本質(zhì)。

公開號(hào)為CN104819898A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種采動(dòng)巖石裂隙擴(kuò)展試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法，該裝置采用注水加壓的方法使巖石試件產(chǎn)生裂紋，但無法測試干燥或原生狀態(tài)下巖石裂紋的擴(kuò)展。公開號(hào)為CN105319138A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種用于進(jìn)行巖石壓裂試驗(yàn)的設(shè)備及方法，該裝置主要通過電壓施加裝置對流體施加特定電壓，從而將流體擊穿以對巖石樣品進(jìn)行壓裂，但該方法在對巖石樣品進(jìn)行壓裂的過程中無法準(zhǔn)確控制施加載荷的大小，難以細(xì)致觀察巖石裂紋的起裂和擴(kuò)展過程。公告號(hào)為CN205209884U的中國專利文獻(xiàn)公開了一種巖石亞臨界裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)簡易裝置，該裝置主要通過剛球體加載壓裂巖石試件“V”型切口，該裝置無法根據(jù)巖石試件受力情況平穩(wěn)的對加載過程進(jìn)行控制，無法準(zhǔn)確分析載荷、加載速率等因素與巖石試件裂紋擴(kuò)展之間的關(guān)系，而且?guī)в小癡”型切口的巖石試件制作困難，試驗(yàn)條件要求苛刻，不利于降低試驗(yàn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置，巖石試樣制作簡單，試驗(yàn)簡單，降低試驗(yàn)成本，模擬巖石裂紋擴(kuò)展過程，根據(jù)巖石試樣的受力情況施加平穩(wěn)可控的壓裂荷載，使巖石試樣產(chǎn)生定向裂紋,可準(zhǔn)確分析載荷、加載速率等因素與巖石試樣裂紋擴(kuò)展之間的關(guān)系，對研究巖石裂紋模型及本構(gòu)關(guān)系建立、巖石變形斷裂機(jī)制分析等具有重要意義。

本實(shí)用新型提供一種巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置，包括上承壓板、擠壓頭、巖石試樣、下承壓板、上擠壓板、下擠壓板、滑輪、聲發(fā)射檢波器、加載端和計(jì)算機(jī)，上承壓板的下表面固定連接上粗下銳的擠壓頭，巖石試樣放置于下承壓板的上表面，巖石試樣的上方開設(shè)有凹槽，凹槽的底部的巖石試樣開設(shè)有預(yù)制裂紋，上擠壓板的一端與下擠壓板的一端固定連接，上擠壓板和下擠壓板的固定連接處鉸接滑輪，于凹槽左右兩側(cè)的巖石試樣的上表面分別鋪設(shè)兩塊上擠壓板，于凹槽內(nèi)部的左右兩側(cè)的巖石試樣的側(cè)表面分別鋪設(shè)兩塊下擠壓板，于巖石試樣的外表面設(shè)置有聲發(fā)射檢波器，聲發(fā)射檢波器信號(hào)連接計(jì)算機(jī)，加載端作用于上承壓板，加載端信號(hào)連接計(jì)算機(jī)。

進(jìn)一步的，凹槽的橫截面為矩形。

進(jìn)一步的，預(yù)制裂紋的橫截面為矩形。

進(jìn)一步的，于巖石試樣的外側(cè)表面以巖石試樣的中間豎直線為對稱軸對稱設(shè)置聲發(fā)射檢波器。

進(jìn)一步的，于巖石試樣的外側(cè)表面的上部的左右兩側(cè)對稱設(shè)置兩個(gè)聲發(fā)射檢波器，于巖石試樣的外側(cè)表面的下部的左右兩側(cè)對稱設(shè)置兩個(gè)聲發(fā)射檢波器。

進(jìn)一步的，巖石試樣的上方開設(shè)有若干個(gè)凹槽，若干個(gè)凹槽的底部的巖石試樣均開設(shè)有預(yù)制裂紋，上承壓板的下表面固定連接有與凹槽數(shù)量對應(yīng)的若干個(gè)擠壓頭。

進(jìn)一步的，擠壓頭的橫截面為三角形。

進(jìn)一步的，擠壓頭、上擠壓板和下擠壓板由高強(qiáng)度纖維材料制成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型的巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置，巖石試樣制作簡單，試驗(yàn)簡單，試驗(yàn)成本較低；

2、本實(shí)用新型的巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置，模擬巖石裂紋擴(kuò)展過程中，可以根據(jù)巖石試樣的受力情況施加平穩(wěn)可控的壓裂荷載，使巖石試樣產(chǎn)生定向裂紋,可準(zhǔn)確分析載荷、加載速率等因素與巖石試樣裂紋擴(kuò)展之間的關(guān)系；

3、本實(shí)用新型的巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置，對研究巖石裂紋模型及本構(gòu)關(guān)系建立、巖石變形斷裂機(jī)制分析等具有重要意義。

結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式后，本實(shí)用新型的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1中巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2中巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，

11、上承壓板，12、下承壓板，2、擠壓頭，31、上擠壓板，32、下擠壓板，33、滑輪，4、巖石試樣，41、凹槽，42、預(yù)制裂紋，43、裂紋，5、聲發(fā)射檢波器，6、信號(hào)電纜，7、計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置，上承壓板11的下表面固定連接上粗下銳的由高強(qiáng)度纖維材料制成的擠壓頭2，本實(shí)施例中的擠壓頭2的橫截面為三角形，可以便于擠壓頭2從兩滑輪33之間的縫隙里繼續(xù)向下擠壓。巖石試樣4放置于下承壓板12的上表面，巖石試樣4的上方開設(shè)有凹槽41，凹槽41的底部的巖石試樣4開設(shè)有預(yù)制裂紋42，預(yù)制裂紋42可以保證裂紋43擴(kuò)展沿著一定方向進(jìn)行，有利于觀察記錄裂紋43的擴(kuò)展過程。上擠壓板31和下擠壓板32也由高強(qiáng)度纖維材料制成，上擠壓板31的一端與下擠壓板32的一端固定連接，上擠壓板31和下擠壓板32的固定連接處鉸接滑輪33，于凹槽41左右兩側(cè)的巖石試樣4的上表面分別鋪設(shè)兩塊上擠壓板31，于凹槽41內(nèi)部的左右兩側(cè)的巖石試樣4的側(cè)表面分別鋪設(shè)兩塊下擠壓板32。加載端作用于上承壓板11，加載端經(jīng)信號(hào)電纜6信號(hào)連接計(jì)算機(jī)7，計(jì)算機(jī)7控制加載端經(jīng)上承壓板11、擠壓頭2、上擠壓板31和下擠壓板32對巖石試樣4施加平穩(wěn)可控的壓裂荷載，有利于研究壓裂荷載與裂紋擴(kuò)展之間的關(guān)系。在擠壓頭2向下擠壓的過程中，兩下擠壓板32分別朝兩側(cè)移動(dòng)，兩下擠壓板32帶動(dòng)了凹槽41兩側(cè)的巖石試樣4向兩側(cè)分離，巖石試樣4沿著預(yù)制裂紋42使巖石試樣4定向產(chǎn)生裂紋43。巖石試樣4的外表面以巖石試樣4的中間豎直線為對稱軸對稱設(shè)置聲發(fā)射檢波器5，本實(shí)施例中，于巖石試樣4的外側(cè)表面的上部的左右兩側(cè)對稱設(shè)置兩個(gè)聲發(fā)射檢波器5，于巖石試樣4的外側(cè)表面的下部的左右兩側(cè)對稱設(shè)置兩個(gè)聲發(fā)射檢波器5，從而可以通過聲發(fā)射檢波器5精確的監(jiān)測多個(gè)方向的聲發(fā)射特征信號(hào)數(shù)據(jù)。聲發(fā)射檢波器5經(jīng)信號(hào)電纜6信號(hào)連接計(jì)算機(jī)7，在模擬巖石裂紋擴(kuò)展過程中，聲發(fā)射檢波器5用來精確記錄聲發(fā)射特征信號(hào)數(shù)據(jù)，以準(zhǔn)確分析載荷、加載速率等因素與巖石試樣裂紋擴(kuò)展之間的關(guān)系，進(jìn)而對研究巖石裂紋模型及本構(gòu)關(guān)系建立、巖石變形斷裂機(jī)制分析等具有重要意義。凹槽41和預(yù)制裂紋42以便于加工巖石試樣4為前提，而不必在巖石試樣4上開設(shè)難以制作的“V”型等切口。本實(shí)施例中的凹槽41和預(yù)制裂紋42的橫截面為矩形，便于巖石試樣4制作，試驗(yàn)簡單，試驗(yàn)成本較低。

本實(shí)用新型還提供一種巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

步驟一、將巖石試樣4放置于下承壓板12上，于凹槽41左右兩側(cè)的巖石試樣4的上表面鋪設(shè)上擠壓板31，于凹槽41內(nèi)部的左右兩側(cè)的巖石試樣4的側(cè)表面鋪設(shè)下擠壓板32，于巖石試樣4的外表面設(shè)置聲發(fā)射檢波器5；

步驟二、計(jì)算機(jī)7控制加載端對上承壓板11施加軸向應(yīng)力，擠壓頭2經(jīng)兩滑輪33之間的縫隙繼續(xù)下移至巖石試樣4完全破壞，通過聲發(fā)射檢波器5記錄聲發(fā)射特征信號(hào)數(shù)據(jù)，在巖石試樣4破壞過程中，通過高速相機(jī)記錄巖石試樣4破壞過程的圖像數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例的上述巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)操作簡單，便于平穩(wěn)精確控制對巖石試樣4施加壓裂荷載，使巖石試樣4產(chǎn)生定向裂紋,精確記錄聲發(fā)射特征信號(hào)數(shù)據(jù)和巖石試樣4破壞過程的圖像數(shù)據(jù)，以準(zhǔn)確分析載荷、加載速率等因素與巖石試樣4裂紋擴(kuò)展之間的關(guān)系。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，巖石試樣4的上方開設(shè)有兩個(gè)凹槽41，兩個(gè)凹槽41的底部的巖石試樣4均開設(shè)有預(yù)制裂紋42，上承壓板11的下表面固定連接有兩個(gè)擠壓頭2。本實(shí)施例中的巖石裂紋擴(kuò)展模擬試驗(yàn)裝置，可以于巖石試樣4上同時(shí)進(jìn)行兩處的模擬巖石裂紋擴(kuò)展過程。當(dāng)然也可以在巖石試樣4的上方開設(shè)有兩個(gè)以上的凹槽41，兩個(gè)以上的凹槽41的底部的巖石試樣4均開設(shè)有預(yù)制裂紋42，上承壓板11的下表面固定連接有與凹槽41數(shù)量對應(yīng)的擠壓頭2，可以于巖石試樣4上同時(shí)進(jìn)行兩處以上的模擬巖石裂紋擴(kuò)展過程。

當(dāng)然，上述說明并非是對本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。