岩石双轴受拉试验装置以及岩石双轴受拉试验方法

本发明涉及岩石双轴拉伸试验，具体涉及一种岩石双轴受拉试验装置以及岩石双轴受拉试验方法。

背景技术：

1、在“双碳”目标约束下，能源结构向清洁低碳转型推进。天然气作为清洁能源将在未来被大量消耗。而储气硐室作为一种环保的新型储能技术，可以预见的会被广泛应用。储气硐室在储气状态下，内部气体会对四周岩壁产生压力作用，当气压足够大时，硐室岩石会处于一种双轴受拉状态；同时，由于岩石内部不可避免地存在节理及裂隙等，气体可渗入岩石裂隙，在气体压力足够大时，会导致储气硐室的破坏。岩石在受压状态和受拉状态下的破强度、变形、裂纹拓展等特征是明显不同的，尤其还加入了高压气体，高压气体渗入裂隙也会对岩石的破坏产生影响。因此，研究岩石在压气状态下双轴受拉的状态对储气硐室安全性具有重要意义。

2、目前对于岩石受拉的力学性质的试验研究相对较少，尤其是在双轴受拉的实验状况下，该领域现有可用试验装置并不满足试验研究。现有的岩石直接拉伸试验的具体实现方式主要有三种：1)粘结式，是目前应用最广泛的一种，但是由于试件手工粘结存在一定的误差，会导致试件与拉头的轴线经常难以对中，加之拉伸偏心常常导致试件拉伸过程中在端部产生应力集中而过早破坏，影响试验结果；2)夹持式，该方法大多需要将岩石试件加工成特殊形状；3)非常规式，如液压式、拉压转换式、空心圆筒式等，此类方法和装置都极为复杂，且对试件的加工精度要求较高。因此，现有的试验方法和装置无法模拟压气条件下岩石双轴拉伸的试验条件。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种能够在压气条件下模拟岩石双轴受拉的试验状态以探究岩石变形及节理发展规律的岩石双轴受拉试验装置以及岩石双轴受拉试验方法。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种岩石双轴受拉试验装置，所述岩石双轴受拉试验装置包括：

3、承载箱体；

4、包裹构件，设于所述承载箱体内，至少包括沿其周向依次分布的第一包裹件、第二包裹件、第三包裹件和第四包裹件，所述第一包裹件、所述第二包裹件、所述第三包裹件和所述第四包裹件均开设有一容置槽，并围合形成一容置腔，用于密封容置岩石试样，且分别与所述岩石试样相连接，所述第一包裹件和所述第三包裹件分别与所述承载箱体可活动连接，以使得所述第一包裹件可相对所述承载箱体沿第一方向活动、以及所述第三包裹件可相对所述承载箱体沿第二方向活动，所述第二包裹件与所述承载箱体固定连接；

5、第一拉力框架，沿所述第二方向可活动地插设于所述承载箱体，用于承载第一压力，所述第一拉力框架与所述第三包裹件固定连接，且与所述第四包裹件可活动连接，以使得所述第四包裹件可相对所述第一拉力框架沿所述第一方向活动；

6、第二拉力框架，沿所述第一方向可活动地插设于所述承载箱体，用于承载第二压力，所述第二拉力框架与所述第一包裹件固定连接，且与所述第四包裹件可活动连接，以使得所述第四包裹件可相对所述第二拉力框架沿所述第一方向活动；

7、声发射仪，与所述包裹构件相连接，用于获取所述岩石试样的声发射信号；以及，

8、压气机，与所述包裹构件相连接，用于向所述容置槽内输送高压气体；

9、其中，所述第一方向和所述第二方向在水平面内相垂直。

10、可选地，各所述容置槽具有在所述第一方向上开设的第一槽口和在所述第二方向上开设的第二槽口，且所述第一槽口和所述第二槽口中之一沿其周缘向外凸设有凸部，所述第一槽口和所述第二槽口中另一沿其周缘向内凹设有凹槽，且所述凸部与所述凹槽相适配，以使得所述第一包裹件、所述第二包裹件、所述第三包裹件和所述第四包裹件中任一包裹件与其邻近的包裹件相适配卡接。

11、可选地，各所述凸部的外周设有油层；和/或，

12、各所述凹槽的内侧壁设有油层。

13、可选地，各包裹件在所述第一方向上的一外侧壁设有第一连接部，各包裹件在所述第二方向上的一外侧壁设有第二连接部；

14、所述第一包裹件通过其第一连接部与所述第二拉力框架固定连接，且通过其第二连接部与所述承载箱体可活动连接；

15、所述第二包裹件通过其第一连接部和其第二连接部固定连接于所述承载箱体；

16、所述第三包裹件通过其第一连接部与所述承载箱体可活动连接，且通过其第二连接部与所述第一拉力框架固定连接；

17、所述第四包裹件通过其第一连接部与所述第二拉力框架可活动连接，且通过其第二连接部与所述第一拉力框架可活动连接。

18、可选地，所述岩石双轴受拉试验装置还包括：

19、至少一第一连接杆，沿所述第一方向延伸设置，所述第一连接杆插设于所述承载箱体在所述第一方向上的两侧壁、所述第一包裹件的第二连接部和所述第二包裹件的第二连接部，且与所述承载箱体、所述第二包裹件的第二连接部固定连接；以及，

20、至少一第二连接杆，沿所述第二方向延伸设置，所述第二连接杆至少插设于所述承载箱体在所述第二方向上的一侧壁、所述第二包裹件的第一连接部和所述第三包裹件的第一连接部，且与所述承载箱体、所述第二包裹件的第一连接部固定连接。

21、可选地，所述岩石双轴受拉试验装置还包括：

22、至少一第三连接杆，沿所述第一方向延伸设置，所述第三连接杆插设于所述第一拉力框架在所述第一方向上的两侧壁、所述第三包裹件的第二连接部和所述第四包裹件的第二连接部，且与所述第一拉力框架、所述第三包裹件的第二连接部固定连接；以及，

23、至少一第四连接杆，沿所述第二方向延伸设置，所述第四连接杆插设于所述第二拉力框架在所述第二方向上的两侧壁、所述第一包裹件的第一连接部和所述第四包裹件的第一连接部，且与所述第二拉力框架、所述第一包裹件的第一连接部固定连接。

24、可选地，所述第一拉力框架包括：

25、四个第一立柱，沿所述包裹构件的周向间隔分布，且分别沿所述第二方向延伸设置，四个所述第一立柱的同一端位于所述承载箱体内，并形成容置所述包裹构件的第一容置空间，四个所述第一立柱中在所述第一方向上间隔分布的两个第一立柱通过所述第三连接杆与所述第三包裹件的第二连接部、所述第四包裹件的第二连接部连接；

26、第一连接板，设于四个所述第一立柱远离所述承载箱体的一端；以及，

27、第一承力平台，设于所述第一连接板背向所述第一立柱的一侧，与所述第一连接板连接，所述第一承力平台用于承载所述第一压力。

28、可选地，所述第二拉力框架包括：

29、四个第二立柱，沿所述包裹构件的周向间隔分布，且分别沿所述第一方向延伸设置，四个所述第二立柱的同一端位于所述承载箱体内，且位于四个所述第一立柱中在第三方向上的两个第一立柱之间，并形成容置所述包裹构件的第二容置空间，四个所述第二立柱中在所述第二方向上间隔分布的两个第一立柱通过所述第四连接杆与所述第一包裹件的第一连接部、所述第四包裹件的第一连接部连接；

30、第二连接板，设于四个所述第二立柱远离所述承载箱体的一端；以及，

31、第二承力平台，设于所述第二连接板背向所述第二立柱的一侧，与所述第二连接板连接，所述第二承力平台用于承载所述第二压力；

32、其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向中两两相互垂直。

33、可选地，所述第一包裹件、所述第二包裹件、所述第三包裹件和所述第四包裹件分别与所述岩石试样粘接。

34、本发明还提供一种岩石双轴受拉试验方法，适用于上述的岩石双轴受拉试验装置，所述岩石双轴受拉试验方法包括以下步骤：

35、步骤s1、将第一包裹件、第二包裹件、第三包裹件和第四包裹件分别与岩石试样的外周壁连接，并沿所述岩石试样的周向围合形成包裹构件，以使得所述岩石试样密封容置于所述包裹构件内；

36、步骤s2、将容置有所述岩石试样的所述包裹构件安装于承载箱体内；

37、步骤s3、将第一拉力框架沿第二方向插设于所述承载箱体内，并与所述包裹构件连接，将第二拉力框架沿第一方向插设于所述承载箱体内，并与所述包裹构件连接；

38、步骤s4、在所述包裹构件上连接压气机和声发射仪，并启动所述压气机和所述声发射仪；

39、步骤s5、沿所述第二方向向所述第一拉力框架施加第一压力，和/或，沿所述第一方向向所述第二拉力框架施加第二压力；

40、步骤s6、通过所述声发射仪获取所述岩石试样的声发射信号。

41、本发明的技术方案中，通过所述包裹构件的结构设计，以及所述包裹构件中四个包裹件与所述承载箱体、所述第一拉力框架、所述第二拉力框架的连接方式，可将所述第一压力和所述第二压力转化为对所述岩石试样的拉力，具体的，所述第一压力通过所述第一拉力框架沿所述第二方向作用于所述包裹构件时，所述承载箱体在所述第二方向上固定所述第二包裹件，所述第二拉力框架在所述第二方向上固定所述第一包裹件，而所述第三包裹件和所述第四包裹件受力可沿所述第二方向移动，使得所述第一压力转化为在所述第二方向上对所述岩石试样一侧的拉力，又所述第二压力通过所述第二拉力框架沿所述第一方向施加于所述包裹构件时，所述承载箱体在所述第一方向上固定所述第二包裹件，所述第一拉力框架在所述第一方向上固定所述第三包裹件，而所述第一包裹件和所述第四包裹件受力可沿所述第二方向移动，使得所述第一压力转化为在所述第二方向上对所述岩石试样一侧的拉力；同时，在试验过程中，通过所述压气机向所述容置槽内输送高压气体，由此能够实现模拟密闭压气条件下岩石双轴拉伸的试验状态；进而，在所述岩石试样受力发生变形或破坏时，通过所述声发射仪获取所述岩石试样的声发射信号，以此获取所述岩石试样在密闭压气条件下双轴受拉时的变形及节理发展规律，填补目前岩石双轴受拉试验领域的空白。