1.一種類巖石材料水力劈裂試驗裝置,其特征在于:包括用于制備類巖石試件的模具、導(dǎo)水管、水密封裝置、拉伸套具和平板小車;
所述模具一面開口且可拆卸,模具的兩側(cè)對稱切割一預(yù)制縫孔,預(yù)制縫孔一端為刀刃狀,根據(jù)試驗不同工況的需要將不同型號鋼片插入到預(yù)制裂縫孔中,填筑水泥砂漿制成類巖石試件;導(dǎo)水管一端通過模具一側(cè)的孔洞埋入到試件中;待初凝時間后,拔出鋼片形成楔形初始裂縫;
所述水密封裝置包括兩塊水密封蓋板,水密封蓋板中心位置開設(shè)有進出孔,水密封蓋板中心位置的進出孔與養(yǎng)護好的類巖石試件裂縫中心位置對位,使進出孔與類巖石試件裂縫相連通,并通過緊固裝置將水密封蓋板與類巖石試件緊固連接;
拉伸套具嵌套在類巖石試件兩個端部,拉伸套具和類巖石試件整體水平放置在平板小車上,拉伸套具與雙軸加載系統(tǒng)水平軸連接,水平向加載壓力可進行拉應(yīng)力條件下類巖石材料水力劈裂特性試驗;類巖石試件放置在加壓機上,施加軸壓可進行壓應(yīng)力條件下類巖石材料水力劈裂特性試驗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類巖石材料水力劈裂試驗裝置,其特征在于:所述模具端部采用向外擴大的梯形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類巖石材料水力劈裂試驗裝置,其特征在于:所述模具兩側(cè)設(shè)有水平和豎直方向的肋梁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類巖石材料水力劈裂試驗裝置,其特征在于:所述導(dǎo)水管埋入的方向與預(yù)制裂縫孔方向相互垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類巖石材料水力劈裂試驗裝置,其特征在于:所述水密封裝置包括兩塊平行設(shè)置的水密封蓋板和四個螺桿,水密封蓋板四角處設(shè)有螺紋孔,兩塊水密封蓋板分別設(shè)置在類巖石試件外側(cè),并通過螺桿和螺母將水密封蓋板與類巖石試件緊固連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類巖石材料水力劈裂試驗裝置,其特征在于:所述水密封蓋板內(nèi)側(cè)具有儲水凹槽,儲水凹槽外側(cè)與進出孔相連通,另一側(cè)與類巖石試件裂縫相連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的類巖石材料水力劈裂試驗裝置,其特征在于:還包括凸形硅膠夾墊,凸形硅膠夾墊與水密封蓋板內(nèi)側(cè)邊框相配合,凸形硅膠夾墊設(shè)置在水密封蓋板內(nèi)側(cè)邊框與類巖石試件之間,用于水壓密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類巖石材料水力劈裂試驗裝置,其特征在于:水密封蓋板上側(cè)面開設(shè)有凸形應(yīng)變線進線孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類巖石材料水力劈裂試驗裝置,其特征在于:所述拉伸套具為一對與類巖石試件端部相配合的開口雙層梯形套板,拉伸套具外表面中心位置設(shè)置球鉸,掛鉤通過球鉸與拉伸套具連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的類巖石材料水力劈裂試驗裝置的工作方法,包括以下步驟:
(1)類巖石試件的制備
使用模具制備類巖石試件:試件澆筑之前根據(jù)實驗?zāi)康氖紫仍谀>咧行奈恢脤ΨQ地切割一對預(yù)制裂縫孔,預(yù)制裂縫孔上側(cè)的一端加工成刀刃狀,根據(jù)實驗?zāi)康膶撈迦氲筋A(yù)制裂縫孔中形成初始預(yù)制裂縫,將三根耐高壓導(dǎo)水管,按照距離預(yù)制裂縫尖端2mm、20mm、40mm的位置預(yù)先埋設(shè)的位置,插入到模具中,模具內(nèi)側(cè)和鋼片涂抹脫模劑,便于脫模;向模具內(nèi)澆筑水泥砂漿,并小心振搗,待表面泛漿,將表面抹平,放置標準養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護;在澆筑現(xiàn)場,用相同的水泥砂漿制備一些無初始裂縫的試件,用于基本力學(xué)性能的測定;待試件養(yǎng)護到初凝后,拔出試件中的鋼片,即可形成帶有初始預(yù)制裂縫混凝土試件;
(2)實驗安裝過程
將試件的預(yù)制裂縫對準水密封蓋板中心位置進出孔,其中一個作為進水孔,另一個作為排氣孔,用螺母擰緊螺桿夾持試件,進水管插入到進水孔中,并用螺紋管帽將導(dǎo)水管和進水孔固定密封;啟動水壓加載系統(tǒng),將導(dǎo)水管、試件裂縫中的空氣排出,暫停電動調(diào)壓泵送水,用密封帽密封排氣孔;拉應(yīng)力條件下類巖石材料水力劈裂試驗,將拉伸套具嵌套試樣兩端,掛鉤與雙軸拉伸系統(tǒng)水平系統(tǒng)連接,并將試件放置在平板小車上;壓應(yīng)力條件下類巖石材料水力劈裂試驗,將試樣安裝在加壓機上;開始試驗;
(3)水壓加載過程
拉應(yīng)力條件下類巖石材料水力劈裂試驗,水平拉伸系統(tǒng)對試件施加恒定拉力,拉力值按照實驗要求確定;啟動水壓加載系統(tǒng),以恒定速率加載水壓,直至試件水力劈裂破壞,水壓驟降;壓應(yīng)力條件下類巖石材料水力劈裂試驗,試件安裝在加壓機上,加壓機對試件施加恒定壓力,壓力值按照實驗要求確定;啟動水壓加載系統(tǒng),以恒定速率加載水壓,直至試件水力劈裂破壞,水壓驟降。