[发明专利]观测三维方形裂隙破坏及应变场的实验方法和实验装置

权利要求书

1.一种观测三维裂隙破坏及应变场的实验方法，该方法的步骤是：

（1）制作模具及裂隙：制作只有上口敞开，其余方向均封闭的长方体模具，在模具的两个侧面上钻取小孔，从模具上口中放入薄铝片制成的裂隙，通过细棉线穿过小孔将预制的裂隙固定在模具内部，然后在模具外侧将小孔密封；

（2）掺入示踪粒子：采用单位体积作为份数，用透明容器取100份液体非饱和树脂和0.5-2份的过氧化甲乙酮制备混合液体，保持混合液体的颜色色泽一致且无气泡聚集；将混合液体分几批加入模具中，每批混合液体加入后均沿同一方向均匀撒入多个示踪粒子，多个示踪粒子均匀分布在混合液中；

（3）固化试件进行单轴压缩试验：把掺入示踪粒子后的混合液体在室温放置24h后固化成型为三维内置裂隙试件，将固化后的试件从模具中取出；在进行单轴压缩试验前将试件放置在冷冻箱中冷冻6~8h，冷冻温度不高于-10℃；取出冷冻后的试件，将其放置在岩石力学试验机中进行单轴压缩载荷，得到应力-应变曲线；为探索三维内置裂隙扩展模式，分别采用极限抗压强度的15%、30%、45%、60%和75%对该试件进行预压；

（4）在试件的右侧和正前方分别置放氩离子激光器及其控制电路，在步骤（3）的单轴压缩载荷试验过程中打入片光光路，对掺入的示踪粒子进行追踪，追踪结果导入记录系统，分别得到极限抗压强度的15%、30%、45%、60%和75%情况下，两个方向的应变场，最终得到三维内置裂隙试件两侧的正交应变场结果；

（5）在步骤（3）的试验过程中，高速相机实时收集和记录试件变形破坏过程。

2.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于所述模具的长、宽、厚分别为100mm、100mm、50mm；裂隙形状为方形，长、宽、厚分别为30mm、25mm、8mm，采用薄铝片制成；步骤（2）中液体非饱和树脂的数量为100份，示踪粒子的加入个数为200个。

3.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于步骤（2）中的非饱和树脂材料为环氧树脂材料，呈透明状。

4.一种观测三维裂隙破坏及应变场的实验装置，其特征在于该装置包括氩离子激光器及其控制电路、记录系统、岩石力学实验机、高速相机、数据采集系统、示踪粒子和三维内置裂隙试件；所述三维内置裂隙试件内分层布置有示踪粒子，三维内置裂隙试件的长、宽、厚分别是100mm、100mm、50mm，内置裂隙的长、宽、厚分别是30mm、25mm、8mm；所述岩石力学实验机为三维内置裂隙试件提供垂直单轴载荷，高速相机正对三维内置裂隙试件，实时拍照记录试件破坏变形情况；在试件的两个正交位置上分别放置氩离子激光器及其控制电路，每个氩离子激光器及其控制电路均具有片光光路，两个氩离子激光器及其控制电路同时连接记录系统，所述数据采集系统分别与高速相机、岩石力学实验机连接。