CN114324009A - 拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是拉伸‑剪切复合应力的作用下的断裂韧性的实验装置，它包括顶部支撑座、一对上加压架、一对下加压架、底部支撑座、岩石试样；顶部支撑座和底部支撑座通过限位柱连接，一对上加压架、一对下加压架对应设置在顶部支撑座和底部支撑座之间且构成外部加压架，岩石试样位于外部加压架中间，岩石试样有圆形通孔，上承压板、下承压板对合置于圆形通孔内，圆形通孔两侧开有通缝，通缝处设置位移传感器；上承压板两个端面分别固定上加压板，下承压板两个端面分别固定下加压板，上加压板和下加压板上均设置有多个应力装配调节孔。本发明可以对岩石的不同方向施加拉伸‑剪切应力进行破坏，得出岩石在的拉伸‑剪切应力条件下的复合断裂韧性。

Description

拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置

技术领域：

本发明涉及的是岩石力学工程、石油工程、采矿工程等领域中的一种层理页岩、割理煤样、纹层板岩等各向异性岩石在拉伸-剪切复合应力条件下的断裂韧性测试技术，具体涉及的是一种拉伸-剪切复合应力条件下具有各向异性的岩石在拉伸-剪切复合应力的作用下的断裂韧性的实验装置。

背景技术：

在人为对储层进行压裂改造的时候，由于储层岩石的各向异性，导致岩石的断裂韧性也非恒定值，所以人们为了测量各向异性岩石断裂韧性，采取了许多办法，也产生了许多的实验方式：

（1）采用直接拉伸测试岩石断裂韧性的实验，即直接拉伸实验，因为直接拉伸实验也可测实拉伸条件下的岩石断裂韧性，所以人们常采用拉伸实验用以测试岩石的拉伸断裂韧性，直接拉伸实验中，大多采用两种固定方式，第一种是岩石试样用胶粘固定在两侧的拉伸仪器上，第二种是是采用机械夹紧的固定方式在装置上进行固定，而这两种方式的固定方式都会出现一定的问题和弊端：首先是用胶粘固定的方式，容易在粘和部位被拉断，导致数据无法测定，进而实验失败；其次是用机械夹紧进行固定的方式，会因为机械夹紧的夹紧作用，导致在机械夹紧的位置产生应力集中，最终导致实验的失败，进而无法测出岩石拉伸条件下的断裂韧性；

（2）采用间接拉伸测试岩石断裂韧性的实验，即间接拉伸实验，迄今为止，针对间接拉伸条件下的断裂韧性实验对岩石断裂韧性的研究，现今阶段主要测试手段主要来自于三点弯曲实验，主要包括圆柱形三点弯曲实验、半圆柱形三点弯曲实验以及长方形三点弯曲实验，以上实验方法都是通过在试样中间的上方以及试样两侧的下方各施加一个力，相当于施加三点压缩的点载荷，对岩石的三个点施加应力，使得岩石试样弯曲，岩石试样下方出现等效的拉伸断裂，以此获得岩石的断裂韧性。但是岩石试样三点是点载荷，导致岩石试样受力不均匀，产生应力集中，有应力集中的问题；岩石所受的拉伸应力是由纵向压缩应力转化而来的一种间接拉伸载荷，这使得载荷方向与裂缝扩展方向是垂直而非同一方向的，对于裂缝拓展的张开位移很难测定，而在现场工程中，获得裂纹扩展的张开位移是十分重要的，所以三点弯曲试验对于岩石断裂韧性的测定不是很合理的，对于实验数据的测定也是有困难的而且并不精准。

并且以上方法都只能测量拉伸情况下的岩石断裂韧性，而无法测试拉伸-剪切共同作用下的复合断裂韧性。所以设计出能够对岩石在拉-剪应力条件下岩石的复合断裂韧性进行测试的实验装置以及方法是势在必行的。

发明内容：

本发明的一个目的是提供拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置，这种拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置用于解决现有岩石的断裂韧性测试装置都只能测量拉伸情况下的岩石断裂韧性，而无法测试拉伸-剪切共同作用下的复合断裂韧性的问题，本发明的另一个目的是提供这种拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置的测试方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置包括顶部支撑座、一对上加压架、一对下加压架、底部支撑座、岩石试样；顶部支撑座和底部支撑座通过限位柱连接，一对上加压架、一对下加压架对应设置在顶部支撑座和底部支撑座之间且构成外部加压架，所述一对上加压架对称固定在顶部支撑座下，所述一对下加压架对称固定在底部支撑座上，每个上加压板架从对应的下加压架的两个螺栓柱之间穿过；岩石试样位于外部加压架中间，岩石试样的中心具有圆形通孔，上承压板、下承压板对合置于圆形通孔内，上承压板、下承压板均为半圆柱形的，上承压板、下承压板对合缝外侧的岩石试样上分别开有较窄通缝，作为裂缝扩展的初始裂缝，岩块试样两个端面与通缝相交处分别贴合着一个位移传感器感应贴片，位移传感器感应贴片均连接一个位移传感器，位移传感器连接至信息采集系统；上承压板两个端面分别固定一个上加压板，下承压板两个端面分别固定一个下加压板，上加压板和下加压板上均设置有多个应力装配调节孔，上加压板通过应力装配调节孔与对应的上加压架可拆卸固定连接，下加压板通过应力装配调节孔与对应的下加压架可拆卸固定连接，利用应力装配调节孔，根据需要的加压方式，进行对应应力装配调节孔的调配。

上述方案中上承压板和上加压板之间利用螺铆结构固定，下承压板和下加压板之间利用螺铆结构固定，上加压板、下加压板均带有应力装配调节孔，起到和外部加压架进行连接以及限制力的方向的作用。

上述方案中顶部支撑座和底部支撑座通过两个限位柱连接，顶部支撑座上设置凸起限位槽，顶部支撑底座由凸起限位槽和螺栓与上加压架进行刚性连接，利用外部的加压系统，上加压架是产生向下的拉力的装置；底部支撑座上也设置凸起限位槽，底部支撑底座由凸起限位槽和螺栓与下加压架进行刚性连接，利用外部的加压系统，下加压架是产生向上的拉力的装置。

上述方案中岩石试样是圆柱体，上承压板、下承压板分别严密贴合于岩石试样圆形通孔内壁，这样施加的应力对于岩石内侧是均匀的。

上述方案中上加压架与上加压板装配时，下加压架与下加压板装配时，应力装配调节孔所选择的孔位不同，各加压板和相应的加压架通过不同应力装配调节孔连接接，对于岩石试样所施加的力是方向不同的，按照对于岩石试样所施加的力的不同，使岩石受到多种不同的应力状态，产生不同的裂缝形态，裂缝形态是Ⅰ型的或Ⅱ型或复合型的。

上述方案中底部支撑座置于微机控制电液伺服万能试验机的加载台，微机控制电液伺服万能试验机的加载板位于顶部支撑座的，微机控制电液伺服万能试验机加载时，加载板作用于顶部支撑座，使顶部支撑座和底部支撑座产生相对运动，带动上加压架、下加压架相对运动，给岩石试样两侧的上加压板、下加压板施加反方向、同大小的压力，同时，微机控制电液伺服万能试验机的压力采集器采集压力。

上述方案中上加压板上的应力装配调节孔有6个，下加压板上的应力装配调节孔有4个，上加压板上的应力装配调节孔具有间隔的2个应力装配调节孔的中心线与下加压板上的应力装配调节孔得圆心是对应的，这样在装配的时候就能构成一个固定的装配组合，而每个组合，对应不同的拉-剪复合应力组合方式，可根据实际需要进行调整，以测试不同复合应力要求下的岩石断裂韧性。

上述拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置的测试方法：

一、岩样制备：

（1）将井下取出的天然页岩加工成标准尺寸的岩石试样，岩石试样为圆柱体页岩试样；

（2）利用数控线切割在岩石试样中心切出圆形通孔，并在圆形通孔外侧开出初始裂缝，以及开出位移传感器感应贴片安装槽，位移传感器感应贴片安装槽位于初始裂缝延伸至岩石试样两端面处的位置；

（3）在各位移传感器感应贴片安装槽内安装位移传感器感应贴片；

二、各向异性岩石复合断裂韧性测试：

（1）将岩石试样圆形通孔内放入上承压板，下承压板，并用胶固定；

（2）将岩石试样通过上承压板与上加压板连接，下承压板与下加压板连接，再将上加压板、下加压板与外部加压架连接；

（3）将拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置放置于微机控制电液伺服万能试验机的加载台上，启动微机控制电液伺服万能试验机，加载板开始加压，岩石试样受到内侧均匀的拉力，沿初始裂缝开始扩展，产生纵向位移，测试记录施加的压力和裂缝扩展的张开位移；

（4）将施加压力以及裂缝扩展的张开位移绘制成曲线，曲线的变化表示随压力的逐渐增大，岩石试样内侧的拉力增大，再辅以岩石试样的纵向位移变化动态以及裂缝扩展情况，曲线用于分析岩石试样的断裂韧性。

本发明具有以下有益效果：

1. 本发明两侧是由加压架将纵向压力传递给内侧的加压板上，再通过加压板传递给岩石试样内部的承压板，经过转换由压力转化为拉力。利用一个加压系统、两个底面，给两个底面加压后，通过加压架带动加压板将纵向的压力传导给承压板，经过力的转换，加压板将纵向压力转换为内部向外的拉力，即承压板对岩石试样施加方向相反且等大的拉力，使得岩石试样受到的上下方向的拉力都是一样的，且裂纹的张开方向与拉力的方向一致，等效于岩石受到直接拉伸载荷的作用，这样使得岩石试样的裂缝拓展规律以及裂缝张开程度与加载的力的大小有直接联系，能够直接构成简单的函数关系。

2.本发明处于岩石试样中心的承压板是沿底面中心剖开的圆柱体，承压板能够和岩块试样内部表面严密贴合，使岩石试样内部受到的拉-剪复合应力分布均匀，更加真实模拟了岩块受拉的情况，拉-剪复合应力条件下各向异性的岩石复合断裂韧性测试装置，能够获得不同应力条件下岩石的断裂韧性，为钻井工程以及岩石力学提供了重要参数支持，具有重要的应用价值。

3.本发明加压架与加压板的连接，根据不同的应力需求，加压架可以与加压板上不同的的应力装配调节孔进行固定与装配。为了满足方便搭配与稳固的双向要求，应力装配调节孔在上下加压板上的数目是不同的，上加压板上的应力装配调节孔有6个，而下加压板上的应力装配调节孔有4个，上加压板上的应力装配调节孔具有间隔的2个孔的中心线与下加压板上的应力装配调节孔得圆心是对应的，这样在装配的时候就能构成一个固定的装配组合，而每个组合，对应不同的拉-剪复合应力组合方式，可根据实际需要进行调整，以测试不同复合应力要求下的岩石断裂韧性。

4. 本发明可以对岩石的不同方向施加拉伸-剪切应力进行破坏，以此得出岩石的裂纹拓展规律，以此得出岩石在的拉伸-剪切应力条件下的复合断裂韧性。

5、本发明采用单个加压系统，利用相互作用力原理，使得作用在岩样内侧通孔的上下两侧的力等大；内部承压板与岩样内侧壁严密贴合，使得岩样承受的力更加均匀。

6、本发明根据实验应力组合的不同，加压板利用不同的应力调节孔组合与加压架利用螺铆进行连接。通过外部加压系统的加压，上底座受力，下底座施加反向作用力，两个等大反向的力，通过加压架传导给加压板，再经加压板传递给承压板，经承压板转化为等大反向的拉力。在整体结构的共同作用下，可以对岩石试样施加不同的应力状态，以此得出拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性。

附图说明：

图1是本发明的三维示意图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的正视图；

图4 是本发明内部装配关系图；

图5是本发明岩石试样、承压板、位移传感器连接关系示意图；

图6是本发明应力装配调节孔位置标示图；

图7是本发明上下加压板以及螺栓柱的位置关系图。

图中：1-顶部支撑座，2-限位柱，3-位移传感器，4-岩石试样，5-限位槽，6-底部支撑座，7-上加压架，8-上加压板，9-下加压架，10-螺栓，11-应力装配调节孔，12-上承压板，13-位移传感器感应贴片，14-下加压板螺栓柱，15-上加压板螺栓柱， 16-下加压板，17-下承压板；

①-第一应力装配调节孔，②-第二应力装配调节孔，③-第三应力装配调节孔，④-第四应力装配调节孔，⑤-第五应力装配调节孔，⑥-第六应力装配调节孔，⑦-第七应力装配调节孔，⑧-第八应力装配调节孔，⑨-第九应力装配调节孔，⑩-第十应力装配调节孔。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1-图7所示，这种拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置包括顶部支撑座1、一对上加压架7、一对下加压架9、底部支撑座6、岩石试样4；顶部支撑座1和底部支撑座6通过两个限位柱2连接，一对上加压架7、一对下加压架9对应设置在顶部支撑座1和底部支撑座6之间且构成外部加压架，所述一对上加压架7对称固定在顶部支撑座1下，所述一对下加压架9对称固定在底部支撑座6上，每个上加压板架从对应的下加压架9的两个螺栓柱之间穿过；岩石试样4位于外部加压架中间，岩石试样4的中心具有圆形通孔，上承压板12、下承压板17对合置于圆形通孔内，上承压板12、下承压板17均为半圆柱形的，上承压板12、下承压板17对合缝外侧的岩石试样上分别开有较窄通缝，作为裂缝扩展的初始裂缝，后续的裂隙将在此处进行有规律的拓展。岩块试样4两个端面与通缝相交处分别贴合着一个隐式位移传感器，每个隐式位移传感器均连接至信息采集系统；上承压板12两个端面分别固定一个上加压板8，下承压板17两个端面分别固定一个下加压板16，上加压板8和下加压板16上均设置有多个应力装配调节孔11，上加压板8通过应力装配调节孔11与对应的上加压架7可拆卸固定连接，下加压板16通过应力装配调节孔11与对应的下加压架9可拆卸固定连接，利用应力装配调节孔，根据需要的加压方式，进行对应应力装配调节孔的调配。加压板和加压架之间利用应力装配调节孔与加压架上的螺栓，根据需要的加压方式，进行对应应力装配调节孔的调配，然后进行螺铆固定。

本发明中岩石试样属于测试断裂韧性的标准岩石试样，岩石试样4安装后，通缝的两侧分别贴合着一个隐式位移传感器3，连接信息采集系统；岩石试样4的圆形开口的中间是两块分离式的半圆柱形承压板，两块承压板的半圆形底面连接的是两侧分别对称的两块带有应力装配调节孔的加压板，承压板和加压板之间利用螺铆结构固定。

顶部支撑座上设置凸起限位槽，顶部支撑底座1由凸起限位槽和螺栓与上加压架7进行刚性连接，利用外部的加压系统，上加压架是产生向下的拉力的装置；底部支撑座6上也设置凸起限位槽5，底部支撑座6由凸起限位槽5和螺栓10与下加压架9进行刚性连接，利用外部的加压系统，下加压架是产生向上的拉力的装置。

由于应力装配调节孔所对应的孔位不同，加压板和加压架通过不同应力装配调节孔链接，对于岩石试样所施加的力也是方向不同的，按照对于岩石试样所施加的力的不同，可以使岩石受到多种不同的应力状态，可以产生不同的裂缝形态，可以是Ⅰ型的，可以是Ⅱ型的，也可以是复合型的。

本发明测试时，放置于外部的加压系统中，外部加压系统为微机控制电液伺服万能试验机，将底部支撑座6置于微机控制电液伺服万能试验机的加载台上，微机控制电液伺服万能试验机的加载板位于顶部支撑座的，微机控制电液伺服万能试验机加载时，加载板作用于顶部支撑座1，使顶部支撑座和底部支撑座产生相对运动，带动上加压架7、下加压架9相对运动，给岩石试样两侧的上加压板8、下加压板16施加反方向、同大小的压力，同时，微机控制电液伺服万能试验机的压力采集器采集压力。具体为：

顶部支撑座受到力的作用产生运动，带动上加压架7、下加压架9相向运动，加压架的运动通过下加压板螺栓柱14，上加压板螺栓柱15将力传递给上加压板8、下加压板16，上加压板8、下加压板16通过螺铆结构将力转加给上承压板12、下承压板17，上、下承压板对岩石试样进行向上下两侧的拉伸，微机控制电液伺服万能试验机主要是为岩石试样提供外部纵向压力，通过机械结构转换成内部的对岩石试样的上下两向的均匀拉力；通过位移传感器感应贴片13感应岩石试样产生的纵向位移，传递给位移传感器3，再结合微机控制电液伺服万能试验机上的压力采集器给出的压力信息，形成岩石试样应力-位移信息图，采集岩石试样的应力-位移数据信息。

位移传感器贴片在岩石试样开槽的根部的贴片槽中；支撑底座设置两个限位柱以及两个加压架，其中两个限位柱不承压，只起到限制上下底座方向的作用，防止力加载时有偏差，而加压架的作用就是将作用在底座上的力，转移到内部的装置上，起到力的转移的作用以及一定的支撑作用；外部加压系统采用单轴压缩机提供压力，压力作用在底座上，底座通过加压架将力传递给加压板，加压板通过应力装配调节孔的固定作用将力传递给岩石试样内部的承压板，承压板将纵向的压力转化为纵向的拉力；岩石试样的中间开槽的根部，再次开出一对贴片槽，位移传感器固定在这里，压力传感器可直接采用单轴压缩机的压力传感器，两个传感器连接好信息采集系统。

岩石试样为空心圆柱，上承压板和下承压板都是半圆柱体，上承压板和下承压板的长方形一面相对且相互平行，上承压板和下承压板的底面半径，高度，底面积等均相等，岩石试样的厚度相比上承压板以及下承压板的高度较短一些，上承压板和下承压板以长方形面相对的位置关系位于岩石试样中间的通孔内，上承压板和下承压板两侧分别突出岩石试样部分，从通孔中伸出。岩石试样的中间通孔的直径大小仅仅是略为大于上承压板以及下承压板的直径。由于岩石试样内部的通孔只是直径稍微大于上承压板以及下承压板压板的直径，所以上承压板以及下承压板的侧面能够完美的贴合通孔内侧壁，使得岩石试样内部受到的拉力是均匀的。

施力的只有单轴压缩机，通过底座、螺栓柱、加压板、应力装配调节孔、承压板等一系列的转换，将纵向的压力，转换为了纵向的、等大的、反向的、由拉断体内向外拉力。

上述拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置的测试方法，具体步骤如下：

1、页岩试样制备

（1）井下取出的天然岩心通常为直径100mm的圆柱体，通过数控线切割将天然页岩切割成长度50-100mm，的圆柱体岩石试样1，保证岩块表面不平整度为0.02mm；

（2）在岩石试样1一侧标记初始裂纹位置，采用数控线切割切出直径20mm圆柱形通孔，并在通孔对称的两侧开一个宽度为8mm，高度为2mm，长度贯穿圆柱体岩样两底面的长方形初始缝隙，并在中间通孔两侧开出初始裂缝以及初始裂缝外侧的位移传感器感应贴片安装槽；

（3）将岩石试样中间夹入上承压板12、下承压板17，首先是加入下承压板17，用胶固定后，待稳固后，在将岩石试样4倒转后（岩石试样倒转是为了方便将上承压板12用胶固定在内部通孔上，这样操作更方便），同样方式再将上承压板12用胶固定好，上、下承压板都固定好后，再将位移传感器感应贴片13利用胶水固定在始裂缝根部和端部的安装槽中，并用数据线连接好位移传感器感应贴片13与位移传感器3，再连在信息采集系统之中；

2、各向异性岩石复合断裂韧性测试方法

（1）待胶将上承压板12和岩样固定在一起，固定好后，先利用螺铆结构安装上承压板12和上加压板8，将两者固定稳固，实验装置的中间部分至此完成；

（2）实验装置的外侧安装，首先，将顶部支撑座1倒置，底面在下，再利用螺铆结构将上加压架7与顶部支撑底座限位槽进行固定，固定后，再将实验装置的中间部分安装上去；

（3）先将上加压板8与上加压架7利用螺铆结构进行固定，固定之后，在将，下加压架9与下加压板8利用螺铆结构固定，固定好后再将，底部支撑座6倒置，底面冲上，将下加压架9与底部支撑座的限位槽5利用螺铆结构固定，全部固定完成，实验装置装配成，将实验装置底部支撑底座在下，顶部支撑底座在上的放置方式放置在外部加压装置（微机控制电液伺服万能试验机）上，并将外部加压装置上的压力采集器通过数据线连接，与信息采集系统连接好，致此，实验的准备工作结束。

（4）上加压板8、下加压板16分别与上加压架7以及下加压架9进行固定时，按照想做的实验不同类型，可以利用应力装配调节孔11与下加压板螺栓柱14以及上加压板螺栓柱15不同的搭配，搭配出自身需要的不同的实验类型：

Ⅰ型裂缝实验，采用下加压架9的下加压板螺栓柱14与第一应力装配调节孔①以及第三应力装配调节孔③通过螺铆连接的方式进行固定，上加压架7的上加压板螺栓柱15与第十应力装配调节孔⑩通过螺铆连接的方式进行固定。

Ⅱ型裂缝实验，采用9-下加压架9的14-下加压板螺栓柱14与第四应力装配调节孔④以及第六应力装配调节孔⑥通过螺铆连接的方式进行固定，上加压架7的上加压板螺栓柱15与第七应力装配调节孔⑦通过螺铆连接的方式进行固定。

Ⅲ复合型实验，按照不同拉-剪复合应力需要可以采用不同固定方式：

ⅰ.采用下加压架9的下加压板螺栓柱14与第二应力装配调节孔②以及第四应力装配调节孔④通过螺铆连接的方式进行固定，上加压架7的上加压板螺栓柱15与第九应力装配调节孔⑨通过螺铆连接的方式进行固定；

ⅱ.采用下加压架9的下加压板螺栓柱14与第三应力装配调节孔③以及第五应力装配调节孔⑤通过螺铆连接的方式进行固定，上加压架7的上加压板螺栓柱15与第八应力装配调节孔⑧通过螺铆连接的方式进行固定；

（7）准备工作全部完成后，外部加压装置开始加压，压力采集器开始采集压力数据信息， 位移传感器3采集岩石试样4的位移信息，信息采集系统开始整合数据信息；

（8）当裂缝完全贯穿岩石试样之后，停止实验，将应力与位移数据汇聚，并生成应力-位移曲线，以此反映拉力-纵向位移-裂缝拓展关系，根据曲线的变化，探究随压力的逐渐增大，即随着试样内侧的拉力增大，试样的纵向位移变化与所受到拉力大小的关系以及裂缝扩展情况，以此分析出岩石的断裂韧性。

Claims (8)

1.一种拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置，其特征在于：这种拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置包括顶部支撑座（1）、一对上加压架（7）、一对下加压架（9）、底部支撑座（6）、岩石试样（4）；顶部支撑座（1）和底部支撑座（6）通过限位柱（2）连接，一对上加压架（7）、一对下加压架（9）对应设置在顶部支撑座（1）和底部支撑座（6）之间且构成外部加压架，所述一对上加压架（7）对称固定在顶部支撑座（1）下，所述一对下加压架（9）对称固定在底部支撑座（6）上，每个上加压架从对应的下加压架的两个螺栓柱之间穿过；岩石试样（4）位于外部加压架中间，岩石试样的中心具有圆形通孔，上承压板（12）、下承压板（17）对合置于圆形通孔内，上承压板（12）、下承压板（17）均为半圆柱形的，上承压板、下承压板对合缝外侧的岩石试样上分别开有较窄通缝，作为裂缝扩展的初始裂缝，岩块试样（4）两个端面与通缝相交处分别贴合着一个位移传感器感应贴片（13），位移传感器感应贴片（13）均连接一个位移传感器（3），位移传感器（3）连接至信息采集系统；上承压板（12）两个端面分别固定一个上加压板（8），下承压板（17）两个端面分别固定一个下加压板（16），上加压板（8）和下加压板（16）上均设置有多个应力装配调节孔（11），上加压板（8）通过应力装配调节孔（11）与对应的上加压架（7）可拆卸固定连接，下加压板（16）通过应力装配调节孔（11）与对应的下加压架（9）可拆卸固定连接，利用应力装配调节孔，根据需要的加压方式，进行对应应力装配调节孔的调配。

2.根据权利要求1所述的拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置，其特征在于：所述的上承压板（12）和上加压板（8）之间利用螺铆结构固定，下承压板（17）和下加压板（16）之间利用螺铆结构固定，上加压板（8）、下加压板（16）均带有应力装配调节孔（11），起到和外部加压架进行连接以及限制力的方向的作用。

3.根据权利要求2所述的拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置，其特征在于：所述的顶部支撑座（1）和底部支撑座（6）通过两个限位柱（2）连接，顶部支撑座（1）上设置凸起限位槽（5），顶部支撑底座（1）由凸起限位槽（5）和螺栓（10）与上加压架（7）进行刚性连接；底部支撑座（6）上也设置凸起限位槽（5），底部支撑底座（6）由凸起限位槽（5）和螺栓（10）与下加压架（9）进行刚性连接。

4.根据权利要求3所述的拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置，其特征在于：所述的岩石试样是圆柱体，上承压板（12）、下承压板（17）分别严密贴合于岩石试样圆形通孔内壁。

5.根据权利要求4所述的拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置，其特征在于：所述的上加压架（7）与上加压板（8）装配时，下加压架（9）与下加压板（16）装配时，应力装配调节孔（11）所选择的孔位不同，各加压板和相应的加压架通过不同应力装配调节孔连接接，对于岩石试样所施加的力是方向不同的，按照对于岩石试样所施加的力的不同，使岩石试样受到多种不同的应力状态，产生不同的裂缝形态，裂缝形态是Ⅰ型的或Ⅱ型或复合型的。

6.根据权利要求5所述的拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置，其特征在于：所述的底部支撑座（6）置于微机控制电液伺服万能试验机的加载台，微机控制电液伺服万能试验机的加载板位于顶部支撑座的，微机控制电液伺服万能试验机加载时，加载板作用于顶部支撑座，使顶部支撑座（1）和底部支撑座（6）产生相对运动，带动上加压架（7）、下加压架（9）相对运动，给岩石试样两侧的上加压板（8）、下加压板（16）施加反方向、同大小的压力，同时，微机控制电液伺服万能试验机的压力采集器采集压力。

7.根据权利要求6所述的拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置，其特征在于：所述的上加压板（8）上的应力装配调节孔（11）有6个，下加压板（16）上的应力装配调节孔（11）有4个，上加压板上的应力装配调节孔具有间隔的2个应力装配调节孔的中心线与下加压板上的应力装配调节孔得圆心是对应的，这样在装配的时候就能构成一个固定的装配组合，而每个组合，对应不同的拉-剪复合应力组合方式，可根据实际需要进行调整，以测试不同复合应力要求下的岩石断裂韧性。

8.一种权利要求7所述的拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置的测试方法，其特征在于包括如下步骤：

一、岩样制备：

（1）将井下取出的天然页岩加工成标准尺寸的岩石试样，岩石试样为圆柱体页岩试样；

（2）利用数控线切割在岩石试样中心切出圆形通孔，并在圆形通孔外侧开出初始裂缝，以及开出位移传感器感应贴片安装槽，位移传感器感应贴片安装槽位于初始裂缝延伸至岩石试样两端面处的位置；

（3）在各位移传感器感应贴片安装槽内安装位移传感器感应贴片；

二、各向异性岩石复合断裂韧性测试：

（1）将岩石试样圆形通孔内放入上承压板（12），下承压板（17），并用胶固定；

（2）将岩石试样通过上承压板（12）与上加压板（8）连接，下承压板（17）与下加压板（16）连接，再将上加压板（8）、下加压板（16）与外部加压架连接；

（3）将拉-剪应力条件下各向异性岩石复合断裂韧性测试装置放置于微机控制电液伺服万能试验机的加载台上，启动微机控制电液伺服万能试验机，加载板开始加压，岩石试样受到内侧均匀的拉力，沿初始裂缝开始扩展，产生纵向位移，测试记录施加的压力和裂缝扩展的张开位移；

（4）将施加压力以及裂缝扩展的张开位移绘制成曲线，曲线的变化表示随压力的逐渐增大，岩石试样内侧的拉力增大，再辅以岩石试样的纵向位移变化动态以及裂缝扩展情况，曲线用于分析岩石试样的断裂韧性。

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