[发明专利]一种类岩石材料水力劈裂试验装置及方法

权利要求书

1.一种类岩石材料水力劈裂试验装置，其特征在于：包括用于制备类岩石试件的模具、导水管、水密封装置、拉伸套具和平板小车；

所述模具一面开口且可拆卸，模具的两侧对称切割一预制缝孔，预制缝孔一端为刀刃状，根据试验不同工况的需要将不同型号钢片插入到预制裂缝孔中，填筑水泥砂浆制成类岩石试件；导水管一端通过模具一侧的孔洞埋入到试件中；待初凝时间后，拔出钢片形成楔形初始裂缝；

所述水密封装置包括两块水密封盖板，水密封盖板中心位置开设有进出孔，水密封盖板中心位置的进出孔与养护好的类岩石试件裂缝中心位置对位，使进出孔与类岩石试件裂缝相连通，并通过紧固装置将水密封盖板与类岩石试件紧固连接；

拉伸套具嵌套在类岩石试件两个端部，拉伸套具和类岩石试件整体水平放置在平板小车上，拉伸套具与双轴加载系统水平轴连接，水平向加载压力可进行拉应力条件下类岩石材料水力劈裂特性试验；类岩石试件放置在加压机上，施加轴压可进行压应力条件下类岩石材料水力劈裂特性试验；

所述模具端部采用向外扩大的梯形结构。

2.根据权利要求1所述的类岩石材料水力劈裂试验装置，其特征在于：所述模具两侧设有水平和竖直方向的肋梁。

3.根据权利要求1所述的类岩石材料水力劈裂试验装置，其特征在于：所述导水管埋入的方向与预制裂缝孔方向相互垂直。

4.根据权利要求1所述的类岩石材料水力劈裂试验装置，其特征在于：所述水密封装置包括两块平行设置的水密封盖板和四个螺杆，水密封盖板四角处设有螺纹孔，两块水密封盖板分别设置在类岩石试件外侧，并通过螺杆和螺母将水密封盖板与类岩石试件紧固连接。

5.根据权利要求1所述的类岩石材料水力劈裂试验装置，其特征在于：所述水密封盖板内侧具有储水凹槽，储水凹槽外侧与进出孔相连通，另一侧与类岩石试件裂缝相连通。

6.根据权利要求5所述的类岩石材料水力劈裂试验装置，其特征在于：还包括凸形硅胶夹垫，凸形硅胶夹垫与水密封盖板内侧边框相配合，凸形硅胶夹垫设置在水密封盖板内侧边框与类岩石试件之间，用于水压密封。

7.根据权利要求1所述的类岩石材料水力劈裂试验装置，其特征在于：水密封盖板上侧面开设有凸形应变线进线孔。

8.根据权利要求1所述的类岩石材料水力劈裂试验装置，其特征在于：所述拉伸套具为一对与类岩石试件端部相配合的开口双层梯形套板，拉伸套具外表面中心位置设置球铰，挂钩通过球铰与拉伸套具连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的类岩石材料水力劈裂试验装置的工作方法，包括以下步骤：

（1）类岩石试件的制备

使用模具制备类岩石试件：试件浇筑之前根据实验目的首先在模具中心位置对称地切割一对预制裂缝孔，预制裂缝孔上侧的一端加工成刀刃状，根据实验目的将钢片插入到预制裂缝孔中形成初始预制裂缝，将三根耐高压导水管，按照距离预制裂缝尖端2mm、20mm、40mm的位置预先埋设的位置，插入到模具中，模具内侧和钢片涂抹脱模剂，便于脱模；向模具内浇筑水泥砂浆，并小心振捣，待表面泛浆，将表面抹平，放置标准养护室内养护；在浇筑现场，用相同的水泥砂浆制备一些无初始裂缝的试件，用于基本力学性能的测定；待试件养护到初凝后，拔出试件中的钢片，即可形成带有初始预制裂缝混凝土试件；

（2）实验安装过程

将试件的预制裂缝对准水密封盖板中心位置进出孔，其中一个作为进水孔，另一个作为排气孔，用螺母拧紧螺杆夹持试件，进水管插入到进水孔中，并用螺纹管帽将导水管和进水孔固定密封；启动水压加载系统，将导水管、试件裂缝中的空气排出，暂停电动调压泵送水，用密封帽密封排气孔；拉应力条件下类岩石材料水力劈裂试验，将拉伸套具嵌套试样两端，挂钩与双轴拉伸系统水平系统连接，并将试件放置在平板小车上；压应力条件下类岩石材料水力劈裂试验，将试样安装在加压机上；开始试验；

（3）水压加载过程

拉应力条件下类岩石材料水力劈裂试验，水平拉伸系统对试件施加恒定拉力，拉力值按照实验要求确定；启动水压加载系统，以恒定速率加载水压，直至试件水力劈裂破坏，水压骤降；压应力条件下类岩石材料水力劈裂试验，试件安装在加压机上，加压机对试件施加恒定压力，压力值按照实验要求确定；启动水压加载系统，以恒定速率加载水压，直至试件水力劈裂破坏，水压骤降。