一夹具体I和第二夹具体2可以均为平板结构，第一夹具体I和第二夹具体2可以设计为相同结构，也可以设计为不同结构。本文以第一夹具体I和第二夹具体2具有相同结构为例介绍技术方案。
[0050]请参考图3，图3为本发明一种实施例中用于微拉伸仪中的第一夹具体的结构图，在一种具体实施例中，平板结构沿纵向包括第一段11和第二段12，第一段11的宽度大于第二段12的宽度，第一段11和第二段12通过弧形段连接，弧形段可与微拉伸仪的加载端的卡槽配合固定；页岩试验样件粘接于第一夹具体I的第二段12和第二夹具体2的第二段之间。页岩试验样件可以使用强力胶粘接于两夹具体上。
[0051]页岩试验样件通过粘接定位于第一夹具体I和第二夹具体2上，这样可以进一步降低页岩试验样件的加工工艺，可提高制备页岩断裂力学试样的效率和成功率，并且降低制样过程对页岩样品的扰动和损伤。
[0052]为防止拉伸加载过程中引起夹具变形，第一夹具体I和第二夹具体2可以采用刚度较大的不锈钢材料，另外为了简化加工工艺，第一夹具体I和第二夹具体2可以设计为相同几何形状和尺寸。
[0053]上述各实施方式中，第一段11上还可以设置有销钉孔la，销钉孔Ia与微拉伸仪加载端的相应销孔配合固定。这样第一夹具体I和第二夹具体2可以通过弧形段13卡于微拉伸仪加载端的卡槽内，也可以通过销钉穿过夹具体上相应的销钉孔固定于微拉伸仪的加载端上。
[0054]当然，第一夹具体I和第二夹具体2上可以仅设置与加载端的相应销孔配合固定的销钉孔，不设置弧形段，即第一夹具体I可以仅使用销钉被固定于微拉伸仪的加载端，简化第一夹具体I和第二夹具体2的加工工艺。
[0055]此外，岩石由不同矿物成分、胶结物和不同尺度的结构面等组成，具有极强的非均质性、各向异性特征。理论上讲，当微拉伸载荷作用下裂纹扩展时，扩展过程中的裂纹经过矿物晶体内部、矿物晶体边界、胶结物或结构面等不同部位时，测试得到的微纳米尺度裂纹扩展过程和强度、变形模量、断裂韧度等定量特征也呈现出较大差异，现有方法只适合笼统测试均质、各向同性材料的微观力学性质，对于页岩等岩石类材料而言，现有方法缺乏针对性的试样、夹具和测试方法来分类测试上述不同部位的微纳观力学性质和特征，测试过程无法反映岩石的分均质性和各向异性。
[0056]为了针对性地测试微拉伸加载条件下页岩的微纳米尺度裂纹扩展过程和强度、变形模量、断裂韧度等定量特征，本文还进一步系统地在岩类试验样件上预制裂纹31。裂纹31的位置、深度、组合形态及预制裂纹31与加载方向之间的夹角等，这样有助于实现裂纹沿着预制裂纹31尖端部位延伸扩展，进而便于显微设备聚焦观测裂纹集中破裂的微小区域，实现观测的高效率，提高观测部位的准确性和针对性。
[0057]以下给出了几种具体页岩研宄试验中预制裂纹31的形式。
[0058]在第一种具体试验中，裂纹31可以仅布置于页岩试验样件的侧边边缘位置，即裂纹31为开口，开口可以为穿透型裂纹，开口可以与纵向垂直，也可以与纵向成一定的角度Θ (O度至180之间的任意角度，当然，也可以平行于拉伸加载方向)，开口的数量可以为一个，也可以为多个，图5-1、图5-2、图5-3给出了开口处于边缘的几种方式，开口的布置位置根据具体的试验目的而定。需要指出的是，本文中所述的纵向为拉伸加载方向。裂纹31的数量可以根据试验目的合理选取，裂纹31可以共线布置，也可以非共线布置，可以部分共线，也可以部分非共线，其中图5-3中给出了裂纹31共线布置的实施方式，裂纹31非共线布置的实施方式以及裂纹31的布置方式还可以部分共线，部分非共线布置的实施方式未在附图中体现。
[0059]在第二种具体试验中，裂纹31可以仅布置于页岩试验样件3的内部，即预制裂纹31可以为布置于页岩试验样件内部的裂纹；具体的裂纹的形状、个数、布置位置根据试验目的而定。
[0060]在第三种具体实验中，裂纹31的数量为多个，部分布置于页岩试验样件3的外周边缘，部分位于页岩试验样件3的内部，请参考图5-4同样，具体的裂纹31的形状、个数、布置位置根据试验目的而定。
[0061]上述各实施例中预制裂纹31的宽度可以选择Imm左右，两个及两个以上裂纹31之间的间距依据页岩断裂力学试样样件尺寸和具体测试需要而定，但间距最好不要低于2mm，否则会增大制样难度并在切割过程中扰动和损伤裂纹31之间的裂纹扩展区，影响对裂纹扩展区力学性质和断裂特征的观测精度。
[0062]以下给出了一种具体实验中，页岩试验样件3上裂纹的预制加工工艺:
[0063]S11、根据具体的测试工况和研宄目的，设计出预制裂纹的数量、几何位置、尺寸、展布特征等参数；
[0064]S12、在设计的预制裂纹局部区域内进行抛光处理，并采用有色铅笔或刻刀等工具在抛光部位划出预制裂纹的几何位置、尺寸、展布特征等信息；
[0065]S13、采用数控线切割工艺，并以慢走丝的方式在页岩试验样件3上切割出裂纹。
[0066]现有技术只是通过在试样中心打孔等方式实现观测部位的应力集中和破裂区域集中，而打孔对样件扰动较大，这种方案一般不适用于岩类样品，容易在打孔过程中导致岩类样品破裂失效。本发明中的预制裂纹通过线切割工艺形成，大大降低了岩类样品破裂失效现象的发生。
[0067]另外，对于位于岩类试验样件内部的裂纹通孔可以采用以下工艺成型:
[0068]首先在岩类试验样件的表面加工直径范围为1-2_的孔，然后采用线切割工艺加工成预定形状。该工艺可大大降低预制裂纹对试验样件内部结构的扰动和损伤。
[0069]以上对本发明所提供的岩类微纳米力学测试的试验方法及试验系统、试验夹具进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种岩类微纳米力学测试的试验方法，其特征在于，该试验方法按以下步骤进行: 预加工试验夹具，所述试验夹具加工有与力学加载实验设备的加载端配合固定的固定部，并根据不同的测试工况和研宄目的预制岩类试验样件； 将所述岩类试验样件定位于所述试验夹具上，并将所述夹具的固定部固定于实验设备的加载端； 施加模拟载荷于所述试验夹具，通过所述试验夹具将所述模拟载荷传递于所述岩类试验样件，并获取岩类试验样件在加载模拟载荷作用下具体微纳米力学测试参数。
2.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于，所述岩类试验样件的两端通过粘接方式定位于两所述第一夹具体和第二夹具体之间。
3.如权利要求1或2所述的试验方法，其特征在于，所述岩类试验样件通过以下方式预制而成:采用数控线切割工艺将岩类线切割成符合试样尺寸的薄板形岩类试验样件，并且根据测试工况和研宄目的，在所述岩类试验样件上预制裂纹。
4.如权利要求3所述的试验方法，其特征在于，预制裂纹之前，对所述岩类试验样件预制裂纹局部区域进行抛光工艺；并且通过数控线切割工艺完成裂纹。
5.如权利要求1或2所述的试验方法，其特征在于，所述裂纹为布置于所述岩类试验样件侧边边缘的开口，或/和所述裂纹为布置于所述岩类试验样件内部的裂纹，位于所述岩类试验样件内部的裂纹通过以下工艺成型:首先在岩类试验样件的表面加工直径范围为l-2mm的孔，然后采用线切割工艺加工成预定形状。
6.—种用于岩类微纳米力学测试的试验夹具，其特征在于，所述试验夹具包括固定部和定位部，所述固定部与实验设备的加载端配合固定，所述定位部定位岩类试验样件；所述实验设备的模拟载荷通过所述试验夹具传递于所述岩类试验样件。
7.如权利要求6所述的试验夹具，其特征在于，所述试验夹具包括第一夹具体和第二夹具体，所述第一夹具体和所述第二夹具体的外端部分别加工有与所述实验设备的相应加载端配合固定的所述固定部； 所述岩类试验样件的两端被定位于所述第一夹具体和第二夹具体相对的内端部之间。
8.如权利要求7所述的试验夹具，其特征在于，所述第一夹具体和所述第二夹具体为平板结构，所述平板结构沿纵向包括第一段和第二段，所述第一段的宽度大于所述第二段的宽度，所述第一段和所述第二段通过弧形段连接，所述弧形段可与所述实验设备的加载端的卡槽配合固定；所述岩类试验样件粘接于所述第一夹具体的第二段和所述第二夹具体的第二段之间。
9.如权利要求8所述的试验夹具，其特征在于，所述第一段上还设置有销钉孔，所述销钉孔与所述加载端的相应销孔配合固定。
10.如权利要求7所述的试验夹具，其特征在于，所述第一夹具体和所述第二夹具体为平板结构，所述平板结构的端部设置有销钉孔，所述销钉孔与所述加载端的相应销孔配合固定。
11.一种岩类微纳米力学测试的试验系统，包括以下部件: 实验设备，用于施加模拟载荷于岩类试验样件； 显微设备，用于获取岩类试验样件在加载模拟载荷作用下具体微纳米力学测试参数； 其特征在于，还包括用于将岩类试验样件定位于实验设备上的试验夹具，所述试验夹具为权利要求6至10任一项所述的试验夹具。
【专利摘要】本发明公开了一种岩类微纳米力学测试的试验方法及试验系统、试验夹具，该试验方法按以下步骤进行：预加工试验夹具，所述试验夹具加工有与力学加载实验设备的加载端配合固定的固定部，并根据不同的测试工况和研究目的预制岩类试验样件；将所述岩类试验样件定位于所述试验夹具上，并将所述夹具的固定部固定于实验设备的加载端；施加模拟载荷于所述试验夹具，通过所述试验夹具将所述模拟载荷传递于所述岩类试验样件；本发明中试验夹具与实验设备的加载端配合固定，无需在岩类试验样件上加工复杂的配合结构，可大大降低制备符合试验条件的岩类试验样件的难度，且试验夹具可方便岩类试验样件与加载实验设备的连接，提高了岩类微纳米力学测试的实验效率。
【IPC分类】G01N3-08, G01N3-04, G01N1-28
【公开号】CN104596851
【申请号】CN201510064084
【发明人】崔振东, 李晓, 刘大安, 彭增林
【申请人】中国科学院地质与地球物理研究所
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月6日