一种循环热力作用下I型断裂试验方法

温度循环中计算的弹性模量e，计算得到循环热力作用下试件i型断裂的断裂能gc。
11.作为优选，步骤3)中，每次应力-温度循环的过程为：对试件侧面加载到指定应力
→
卸载
→
放入加温炉
→
设置温度值
→
升温过程
→
恒温1小时
→
逐级冷却至25℃
→
从炉子中取出试件。
12.作为优选，每次升温过程的升温速度＜5℃/min，每次逐级冷却的降温速度＜2.5℃/min。
13.作为优选，每次应力-温度循环加载时，使用lvdt位移传感器控制伺服机对试件长度方向的两端同时施压，施压部位为试件长度方向的两端端面的除左裂隙和右裂隙以外的部分，并在施压部位加垫与施压部位的尺寸大小相同的垫片，加载速度＜0.018mm/min，由lvdt位移传感器记录每次加载过程中的应力应变变化曲线，计算弹性模量e并记录。
14.作为优选，每次三点弯曲试验前，在施加多次应力-温度循环后的试件表面进行数字散斑贴斑；每次三点弯曲试验加载时，使用lvdt位移传感器控制伺服机对试件进行加载，加载速度＜0.018mm/min，由lvdt位移传感器记录每次加载过程中的应力应变变化曲线，计算峰值荷载s并记录，同时由高精度高速摄像机对试件表面的数字散斑进行摄影，对加载过程中的裂纹拓展演化情况进行记录。
15.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
16.(1)本发明方法突破了传统三点弯曲试验，将三点弯曲试验与应力-温度循环相耦合，将三点弯曲试验推广至热力实验条件下，通过测量三点弯曲试验中的峰值荷载s和最后一次应力-温度循环中的弹性模量e，对循环热力作用下试件i型断裂的断裂能gc进行有效地测算，有助于真实反映循环热力作用下压气储能洞室的裂隙围岩承载能力和破裂扩展模式；
17.(2)本发明方法可以将应力与温度循环耦合，并且测量了循环应力-温度下试件的弹性模量变化情况；
18.(3)本发明方法具有步骤简单、测试快捷方便、实用性强的优点，且操作方便，适用范围广，可以根据不同的实际工况状况进行组合，满足不同的试件材料、加载温度、加载荷载等条件下的i型断裂试验需要。
附图说明
19.图1为实施例中加工得到的长方体试件的正面示意图及尺寸；
20.图2为实施例中加工得到的长方体试件的侧面示意图及尺寸；
21.图3为一个应力-温度循环的过程示意图；
22.图4为每次应力-温度循环加载的施压部位示意图；
23.图5为三点弯曲试验过程中的加载位置示意图。
具体实施方式
24.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
25.实施例的循环热力作用下i型断裂试验方法，包括以下步骤：
26.1)对岩石材料进行现场取样，将岩石材料加工为5件尺寸大小相同(400mm
×
100mm
×
100mm)的长方体试件，对每个试件进行如下步骤2)～步骤3)的操作，得到重复5、10、20、
40、60次应力-温度循环的5件预制试验件；
27.2)在试件底部的长度方向的最左端、中部、最右端分别采用切割方式预制裂隙，得到左裂隙1、中裂隙2、右裂隙3，且左裂隙1、中裂隙2、右裂隙3分别贯穿试件的宽度方向，尺寸大小均为2mm
×
15mm
×
100mm，试件的正面示意图及尺寸如图1所示、侧面示意图及尺寸如图2所示；
28.3)按照预设的应力(5mpa、10mpa、15mpa、20mpa)和温度范围(60℃、90℃、120℃、150℃)，对试件施加多次应力-温度循环，记录每次应力-温度循环中的应力应变变化曲线，计算弹性模量e并记录，其中：|
29.如图3所示，每次应力-温度循环的过程为：对试件侧面加载到指定应力
→
卸载(将试件两端应力同时卸载至0mpa)
→
放入加温炉
→
设置温度值
→
升温过程
→
恒温1小时(目的是使试件内部均匀受热)
→
逐级冷却至25℃
→
从炉子中取出试件，具体地：每次应力-温度循环加载时，使用lvdt位移传感器控制伺服机对试件长度方向的两端同时施压，如图4所示，施压部位为试件长度方向的两端端面的除左裂隙1和右裂隙3以外的部分，并在施压部位加垫与施压部位的尺寸大小相同的垫片(图中未示出)，为避免出现冲击载荷，控制加载速度＜0.018mm/min，由lvdt位移传感器记录每次加载过程中的应力应变变化曲线，计算弹性模量e并记录；每次升温过程的升温速度＜5℃/min，每次逐级冷却的降温速度＜2.5℃/min，逐级冷却至25℃后，静置2小时，再从炉子中取出试件；
30.4)在5件预制试验件的正面分别进行数字散斑贴斑后，对5件预制试验件分别进行三点弯曲试验，如图5所示，三点弯曲试验过程中的加载位置为试件顶端端面的中央a处以及试件底端端面两侧的靠近左裂隙1的b处和靠近右裂隙3的c处(b处与a处的水平距离为180mm，c处与a处的水平距离为180mm)，除a处、b处和c处以外的其余位置均不加任何约束；每次三点弯曲试验加载时，使用lvdt位移传感器控制伺服机对试件进行加载，为避免出现冲击载荷，控制加载速度＜0.018mm/min，由lvdt位移传感器记录每次加载过程中的应力应变变化曲线，计算峰值荷载s并记录，同时由高精度高速摄像机以0.001s的取样频率对试件表面的数字散斑进行摄影，对加载过程中的裂纹拓展演化情况进行记录，直至试件发生破坏；
31.5)对于每个预制试验件，通过三点弯曲试验中的应力应变变化曲线得到峰值荷载s，结合最后一次应力-温度循环中计算的弹性模量e，计算得到循环热力作用下试件i型断裂的断裂能gc。


技术特征：
1.一种循环热力作用下i型断裂试验方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对岩石材料进行现场取样，将岩石材料加工为长方体试件；2)在试件底部的长度方向的最左端、中部、最右端分别采用切割方式预制裂隙，得到左裂隙、中裂隙、右裂隙，且左裂隙、中裂隙、右裂隙分别贯穿试件的宽度方向；3)按照预设的应力和温度范围，对试件施加多次应力-温度循环，记录每次应力-温度循环中的应力应变变化曲线，计算弹性模量e并记录；4)对施加多次应力-温度循环后的试件进行三点弯曲试验，三点弯曲试验过程中的加载位置为试件顶端端面的中央以及试件底端端面两侧的靠近左裂隙和右裂隙的部位，记录三点弯曲试验中的应力应变变化曲线以及三点弯曲试验的加载过程中的裂纹拓展演化情况，直至试件发生破坏；5)通过三点弯曲试验中的应力应变变化曲线得到峰值荷载s，结合最后一次应力-温度循环中计算的弹性模量e，计算得到循环热力作用下试件i型断裂的断裂能gc。2.根据权利要求1所述的一种循环热力作用下i型断裂试验方法，其特征在于，步骤3)中，每次应力-温度循环的过程为：对试件侧面加载到指定应力
→
卸载
→
放入加温炉
→
设置温度值
→
升温过程
→
恒温1小时
→
逐级冷却至25℃
→
从炉子中取出试件。3.根据权利要求2所述的一种循环热力作用下i型断裂试验方法，其特征在于，每次升温过程的升温速度＜5℃/min，每次逐级冷却的降温速度＜2.5℃/min。4.根据权利要求2或3所述的一种循环热力作用下i型断裂试验方法，其特征在于，每次应力-温度循环加载时，使用lvdt位移传感器控制伺服机对试件长度方向的两端同时施压，施压部位为试件长度方向的两端端面的除左裂隙和右裂隙以外的部分，并在施压部位加垫与施压部位的尺寸大小相同的垫片，加载速度＜0.018mm/min，由lvdt位移传感器记录每次加载过程中的应力应变变化曲线，计算弹性模量e并记录。5.根据权利要求2或3所述的一种循环热力作用下i型断裂试验方法，其特征在于，每次三点弯曲试验前，在施加多次应力-温度循环后的试件表面进行数字散斑贴斑；每次三点弯曲试验加载时，使用lvdt位移传感器控制伺服机对试件进行加载，加载速度＜0.018mm/min，由lvdt位移传感器记录每次加载过程中的应力应变变化曲线，计算峰值荷载s并记录，同时由高精度高速摄像机对试件表面的数字散斑进行摄影，对加载过程中的裂纹拓展演化情况进行记录。

技术总结
本发明公开的循环热力作用下I型断裂试验方法，将三点弯曲试验与应力-温度循环相耦合，将三点弯曲试验推广至热力实验条件下，通过测量三点弯曲试验中的峰值荷载S和最后一次应力-温度循环中的弹性模量E，对循环热力作用下试件I型断裂的断裂能Gc进行有效地测算，有助于真实反映循环热力作用下压气储能洞室的裂隙围岩承载能力和破裂扩展模式；本发明方法可以将应力与温度循环耦合，并且测量了循环应力-温度下试件的弹性模量变化情况；本发明方法具有步骤简单、测试快捷方便、实用性强的优点，操作方便，适用范围广，可以根据不同的实际工况状况进行组合，满足不同的试件材料、加载温度、加载荷载等条件下的I型断裂试验需要。温度、加载荷载等条件下的I型断裂试验需要。温度、加载荷载等条件下的I型断裂试验需要。


技术研发人员：周舒威 刘瑞 何修涵 张成凯 袁野
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/10/15