[發明專利]界面裂紋II型剪切動態應力強度因子測試系統和方法

在審

• 申請號: 202110356308.X
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113075060A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 周文高;朱炬輝;王素兵;陳明忠;管彬;石孝志;耿周梅;齊天俊;曾凌翔;鄒龍慶
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 成都中璽知識產權代理有限公司 51233
• 代理人: 邢偉;潘銀虎

1.一種界面裂紋II型剪切動態應力強度因子測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對待測試的層狀巖石進行取樣，加工或制備成含有預制裂紋的層狀巖石試件塊，預制裂紋的裂紋面與巖石層理面重合且垂直于試件長邊中點，在試件塊開設有預制裂紋的一個側面制作散斑圖案；

S2、將試件塊放置在壓力機的剪切夾具上，并在試件塊的正前方放置測量相機，以使測量相機的鏡頭正對帶有散斑圖案的試件塊側面，控制壓力機對試件塊施加剪切荷載，同時控制測量相機拍攝試件塊沿預制裂紋發生剪切破壞的全過程，并采集數字圖像；

S3、利用圖像處理單元處理得到加載時刻t_j下的裂紋尖端附近位移場，并在裂紋尖端附近位移場上選取N個非裂尖位置特征點，計算獲得N個非裂尖位置特征點的開口位移量和剪切位移量，其中，t₀≤t_j≤t_m，j表示裂紋擴展過程的第幾個時間節點，t₀表示裂紋擴展過程開始的初始時刻，t_m表示裂紋擴展過程結束的終端時刻；

S4、利用界面II型應力強度因子計算公式分別計算N個非裂尖位置特征點處的II型應力強度因子，并構造N組數據點(K_IIk，r_k)，其中，0k≤N，k表示第幾個非裂尖位置特征點，K_IIk表示第k個非裂尖位置特征點處的II型應力強度因子，r_k表示第k個非裂尖位置特征點到裂紋尖端的距離；

S5、采用最小二乘法擬合N組數據點(K_IIk，r_k)，計算得到與r的一次函數關系式，并利用所述一次函數關系式計算所述就是t_j時刻下的裂紋尖端II型應力強度因子，其中，表示最小二乘擬合過程中函數曲線上的II型應力強度因子，r表示函數曲線上的裂紋翼緣到裂紋尖端的距離，表示當r＝0時所述一次函數關系式中所對應的值；

S6、重復步驟S3至S5，計算裂紋擴展過程中所有加載時刻下的裂紋尖端II型應力強度因子，得到界面裂紋II型剪切動態應力強度因子。

2.根據權利要求1所述的界面裂紋II型剪切動態應力強度因子測試方法，其特征在于，所述層狀巖石試件塊的長為80～240mm，寬為20～60mm，高為20～60mm，預制裂紋深度比α/H為0.18～0.22，α表示預制裂紋的深度，H表示層狀巖石試件塊的高度。

3.根據權利要求1所述的界面裂紋II型剪切動態應力強度因子測試方法，其特征在于，所述在試件塊開設有預制裂紋的一個表面制作散斑圖案包括：使用白色油漆將試件塊的開設有預制裂紋的一個側面噴成白色，再使用黑色油漆在所述側面噴出粒狀油漆液滴，以使油漆液滴飄落在白色油漆上形成散斑圖案，靜置至油漆風干。

4.根據權利要求1所述的界面裂紋II型剪切動態應力強度因子測試方法，其特征在于，所述界面II型應力強度因子計算公式如下所示：

式中，K₂為層狀巖石界面II型應力強度因子，Pa.m^1/2；δ₁為裂紋張開位移，m；δ₂為裂紋剪切位移，m；ε為界面裂紋的振蕩因子；r為裂紋翼緣到裂紋尖端的距離，m；L為特征長度，m；E*為中間變量符號，E₁和E₂分別為界面兩側兩種巖石的彈性模量，Pa；v₁和v₂分別為界面兩側兩種巖石的泊松比。

5.根據權利要求1所述的界面裂紋II型剪切動態應力強度因子測試方法，其特征在于，所述N大于或等于7。