一種含孔洞缺陷巖石試樣的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于巖土工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種含孔洞缺陷巖石試樣的制作方法。含孔洞缺陷巖石試樣的制作方法，步驟如下：(1)、制備錫球，以模擬孔洞缺陷；(2)、配制砂漿材料，以模擬巖石材料；(3)、將錫球和砂漿材料混合攪拌；(4)、將混合物裝入成型模具并振搗成型；(5)、拆除成型模具；(6)、恒溫恒濕養(yǎng)護試樣；(7)、孔洞缺陷巖石試樣低溫成型。本發(fā)明保證了工程巖體中大量孔洞缺陷的制作，便于調(diào)節(jié)孔洞缺陷的概率密度分布，以符合實際工程巖體的情況；操作方法簡單、高效、快捷，應(yīng)用范圍廣泛。
【專利說明】一種含孔洞缺陷巖石試樣的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含孔洞缺陷巖石試樣的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀是地下工程的世紀，國內(nèi)外地下水電站、石油工程、大型礦山巷道、地下鐵道、過江隧道等，都在大規(guī)模興建，巖石力學(xué)研究重點日益轉(zhuǎn)入地下。在地下工程建設(shè)中，含孔洞缺陷巖體是各種巖體工程中較常見的一種復(fù)雜巖體，多孔介質(zhì)的滲流特性極大程度地影響了石油工程的采收率，并對水利工程等巖體滲流穩(wěn)定性有至關(guān)重要的作用。巖體孔洞分布的隨機性、形態(tài)的多樣性、分布的不均勻性和空間組合的復(fù)雜性，使得工程存在失穩(wěn)的風(fēng)險。為有效地評價含孔洞缺陷巖體的工程穩(wěn)定性，需要開展含孔洞缺陷的巖石試樣的力學(xué)試驗研究，以有效揭示含孔洞缺陷巖石的力學(xué)變形特性與破壞規(guī)律。
[0003]目前國內(nèi)外關(guān)于含孔洞缺陷的巖石試樣制作是一個難點，成為制約含缺陷巖石試驗研究進步的瓶頸。已往的研究中，對于巖石中的裂隙制作方法已有相關(guān)研究，但是對含孔洞缺陷巖石試樣的制作還鮮有介紹。對于巖石試樣中的表面裂隙缺陷，可以通過切割機進行切割，但是無法加工內(nèi)置裂隙和孔洞缺陷。對于內(nèi)置裂隙缺陷的制作，一般不考慮裂隙厚度的影響，可采用預(yù)埋橢圓形的塑料薄片或鋁片的方式解決；但是對于內(nèi)置孔洞，具有一定的體積，若采用塑料球或鋁球模擬孔洞缺陷，試樣制作成型后塑料球或鋁球無法取出，塑料和鋁等材料容易形成“骨架”，影響試樣的力學(xué)性能。本來作為試樣初始缺陷布置的孔洞，可能使試樣的力學(xué)性能得到增強，因此用常規(guī)的塑料或鋁等材料預(yù)制孔洞缺陷無法達到預(yù)期的效果，成為制約巖石中材料缺陷有效模擬的障礙。
[0004]目前國內(nèi)相關(guān)巖石缺陷制作方法的研究現(xiàn)狀如下:
[0005]1、《不同角度單裂紋缺陷試樣的裂紋擴展與破壞行為》一文介紹了一種單裂紋缺陷試樣的制作方法(參見《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》2005年增2期，作者:林鵬，等)，該方法用超聲鉆加工預(yù)置裂紋，然后用相同材料的花崗巖粉末配上適量氰基丙烯酸鹽粘合劑進行填充，該方法從巖樣表面向內(nèi)部切割，無法制作巖石內(nèi)置孔洞缺陷；
[0006]2、《輝長巖中張開型表面裂隙破裂模式研究》一文介紹了一種在輝長巖中制作張開型表面裂隙的方法(參見《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》2007年第3期，作者:郭彥雙，等)，該方法采用圓形切割刀具在試樣表面預(yù)制張開型表面裂隙，該方法適合制作表面裂隙，無法在巖石內(nèi)部切割制作內(nèi)置孔洞缺陷；
[0007]3、《三維裂隙組擴展及貫通過程的試驗研究》一文介紹了一種采用橢圓狀薄鋁片模擬原生裂隙的方法(參見《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》2008年增1期，作者郭彥雙，等)，鋁片具有一定的剛度，會影響試樣的整體力學(xué)性能，無法有效模擬孔洞缺陷；
[0008]4、《三維內(nèi)置裂隙傾角對類巖石材料拉伸力學(xué)性能和斷裂特征的影響》一文介紹了一種類巖石試樣中預(yù)制三維內(nèi)置裂隙的方法(參見《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》2009年第2期，作者:李術(shù)才，等)，該方法采用聚酯薄膜片制作三維內(nèi)置裂隙，聚酯薄膜片具有一定的硬度，無法對多孔洞缺陷進行有效模擬；效果:
自的制作，孔洞缺陷的分布符合1611x111分二程巖體的情況；
〔石初始孔洞缺陷的模擬，具備應(yīng)用范圍廣、能源、礦山等領(lǐng)域的含孔洞缺陷巖體力學(xué)
&流程示意圖。[0032]砂漿原材料的用量根據(jù)所模擬巖石材料確定；例如:制作一個IOOmmX IOOmmX 200mm的試樣約需要0.8千克水、I千克水泥、5千克石英砂、25個錫球；錫球的數(shù)量根據(jù)實際巖體的孔洞密度進行調(diào)整；
[0033]3、將錫球和砂漿材料混合攪拌，具體方法如下:
[0034]將砂漿原材料混合均勻，并將大小不一的錫球全部隨機放入，采用攪拌機拌合2分鐘至均勻狀態(tài)；
[0035]4、將混合物裝入成型模具并振搗成型，具體方法如下:
[0036]將拌和的混合物裝入成型模具，成型模具采用尺寸為IOOmmX IOOmmX 200mm的鋼
模具或木模具，將裝有混合物的成型模具置于混凝土振動臺上隨機振動I?3分鐘，使錫球隨機分布；
[0037]5、拆除成型模具，具體方法如下:
[0038]將試樣連同成型模具在室溫下養(yǎng)護24小時后，砂漿硬化，將成型模具拆除；
[0039]6、恒溫恒濕養(yǎng)護試樣，具體方法如下:
[0040]將試樣放入恒溫恒濕養(yǎng)護箱養(yǎng)護28天,養(yǎng)護條件為溫度20 ± 2°C、相對濕度95%以上；
[0041]7、含孔洞缺陷巖石試樣低溫成型，具體方法如下:
[0042]試樣養(yǎng)護28天后，將試樣取出并放入低溫裝置降溫至13.2°C以下，(例如:可降溫至_33°C并保持30分鐘)，使錫球變?yōu)闆]有強度的粉末，最后取出試樣，制得含孔洞缺陷巖石試樣。
【權(quán)利要求】
1.一種含孔洞缺陷巖石試樣的制作方法，其特征在于，步驟如下: (1)、制備錫球，以模擬孔洞缺陷 (2)、配制砂漿材料，以模擬巖石材料 (3)、將錫球和砂漿材料混合攪拌 (4)、將混合物裝入成型模具并振搗成型 (5)、拆除成型模具 (6)、恒溫恒濕養(yǎng)護試樣 (7)、含孔洞缺陷巖石試樣低溫成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含孔洞缺陷巖石試樣的制作方法，其特征在于，制備錫球，以模擬孔洞缺陷，具體方法如下:在規(guī)定溫度下人工或機械切割金屬錫，加工成錫球；錫球的數(shù)量根據(jù)所模擬的巖石孔洞缺陷密度進行確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的含孔洞缺陷巖石試樣的制作方法，其特征在于，規(guī)定溫度為溫度高于13.21低于1611。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的含孔洞缺陷巖石試樣的制作方法，其特征在于，含孔洞缺陷巖石試樣低溫成型，具體方法如下:將試樣放入低溫裝置降溫至13.21以下，使錫球變?yōu)闆]有強度的粉末，最后取出試樣，制得含孔洞缺陷巖石試樣。
【文檔編號】G01N1/28GK103837390SQ201410113738
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】楊文東, 張艷美, 李術(shù)才, 俞然剛, 程旭東, 張玉, 井文君 申請人:中國石油大學(xué)(華東)