不規(guī)則巖體節(jié)理面力學(xué)參數(shù)測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種不規(guī)則巖體節(jié)理面力學(xué)參數(shù)測(cè)試方法。該方法包括如下步驟：(1)預(yù)制制作標(biāo)準(zhǔn)試件的模具；(2)采用高強(qiáng)混凝土，調(diào)制高強(qiáng)水泥砂漿；(3)利用所述高強(qiáng)水泥砂漿進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試件的澆筑預(yù)制；(4)對(duì)步驟(3)得到的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；所述養(yǎng)護(hù)完成后，即可利用所述標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行巖心試件的節(jié)理面力學(xué)參數(shù)的測(cè)試。利用本發(fā)明方法和高強(qiáng)混凝土對(duì)試件進(jìn)行試驗(yàn)前預(yù)制，在模具中心位置設(shè)置了裂隙定位孔，可以通過(guò)水平觀察確保不規(guī)則的含裂隙巖體節(jié)理正好處于剪切位置，則可將任意形狀的含裂隙巖塊制成標(biāo)準(zhǔn)形狀試件準(zhǔn)確開(kāi)展剪切試驗(yàn)，測(cè)試節(jié)理面力學(xué)參數(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】不規(guī)則巖體節(jié)理面力學(xué)參數(shù)測(cè)試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種不規(guī)則巖體節(jié)理面的剪切試驗(yàn)方法，屬于石油工程巖石力學(xué)領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 巖石是地殼和上地幔主要的組成物質(zhì)。其對(duì)地表的上部建構(gòu)筑物可充當(dāng)堅(jiān)固的承 載地基，也對(duì)地下的結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)固的掩體。受巖石產(chǎn)狀和地質(zhì)力學(xué)等因素的影響，在地下深 埋的掩體中，存在有大量的巖體節(jié)理裂隙系統(tǒng)，其發(fā)育特征決定了地下巖體的安全與穩(wěn)定 性。在石油和天然氣工業(yè)中的鉆井及地下硐室的開(kāi)挖中，廣泛涉及到巖體鉆進(jìn)和巖體開(kāi)挖 成硐等施工過(guò)程。在此過(guò)程中，巖體的節(jié)理裂隙特性控制了施工的安全穩(wěn)定性。
[0003] 因此，在巖石相關(guān)的地下工程可行性研究及施工方案確定中，必須對(duì)地下相關(guān)巖 層的巖體力學(xué)特性進(jìn)行準(zhǔn)確的判定和分析，尤其是含裂隙巖體的力學(xué)特性對(duì)工程安全具有 至關(guān)重要的控制作用?；诖?，在工程勘探過(guò)程中，必須鉆采地下含節(jié)理裂隙的巖體進(jìn)行巖 石力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試，以確定巖體節(jié)理裂隙的力學(xué)參數(shù)，如節(jié)理面的法向剛度、切向剛度、粘聚 力和內(nèi)摩擦角等。這樣才能對(duì)地下巖體的安全穩(wěn)定性做到有效的評(píng)價(jià)，為工程設(shè)計(jì)和成功 建造提供可靠的安全保障。
[0004] 目前，廣泛采用的巖石節(jié)理裂隙參數(shù)的測(cè)試方法為，利用巖石剪切試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剪 切試驗(yàn)測(cè)試。而在試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，對(duì)巖石試件的形狀要求必須為邊長(zhǎng)100mm、150mm或 200mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，而且要求試件目標(biāo)測(cè)試面的法向加載面和切向加載面必須平滑 且平行，否則在加載過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)偏壓或應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確或失敗。
[0005] 而采用鉆井勘探技術(shù)對(duì)巖體進(jìn)行鉆探取芯的過(guò)程中，只能根據(jù)鉆井方向來(lái)鉆取地 下節(jié)理面走向各異的含節(jié)理裂隙巖體，且受取芯鉆頭尺寸的控制，使得獲得的巖樣，尺寸較 小，裂隙面與巖心的軸向呈不同的角度分布，則無(wú)法預(yù)制成理想的標(biāo)準(zhǔn)巖塊開(kāi)展裂隙參數(shù) 測(cè)試的剪切試驗(yàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種不規(guī)則巖體節(jié)理面的剪切試驗(yàn)方法，利用本發(fā)明方法能 夠?qū)⑿〕叽?、不?guī)則巖心試樣預(yù)制成能夠順利開(kāi)展剪切試驗(yàn)并準(zhǔn)確測(cè)得巖石節(jié)理面力學(xué)參 數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)試件。
[0007] 本發(fā)明所提供的不規(guī)則巖體節(jié)理面力學(xué)參數(shù)測(cè)試方法，包括如下步驟：
[0008] (1)制作預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)試件的模具，所述模具的結(jié)構(gòu)如下：
[0009] 所述模具包括一底板、兩個(gè)側(cè)壁板和兩個(gè)側(cè)擋板；
[0010] 兩個(gè)所述側(cè)壁板分別固定于所述底板的相對(duì)設(shè)置的端部；每個(gè)所述側(cè)壁板的內(nèi)壁 上設(shè)有兩個(gè)平行設(shè)置的凹槽，所述凹槽沿所述側(cè)壁板的堅(jiān)直方向從其頂部延伸至其底部；
[0011] 每個(gè)所述側(cè)擋板通過(guò)嵌入兩個(gè)所述側(cè)壁上相應(yīng)位置處的兩個(gè)所述凹槽內(nèi)，固定于 所述底板上，且所述側(cè)擋板垂直于所述側(cè)壁板；
[0012] 所述側(cè)壁板上于所述凹槽與其邊緣之間設(shè)有通孔，兩個(gè)所述側(cè)壁板上相應(yīng)位置處 的兩個(gè)所述通孔之間連接一螺栓，且所述螺栓從所述側(cè)壁板延伸出；所述螺栓的兩端部通 過(guò)螺母固定；
[0013] 所述側(cè)壁板上設(shè)有觀察孔，所述觀察孔設(shè)于兩個(gè)所述側(cè)擋板之間；
[0014] (2)采用高強(qiáng)混凝土，根據(jù)水泥和粉細(xì)砂顆粒級(jí)配確定標(biāo)準(zhǔn)配合比，調(diào)制高強(qiáng)水 泥砂漿，并對(duì)每組水泥砂漿進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試件預(yù)制；通過(guò)對(duì)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的三軸強(qiáng)度試件測(cè)試 (時(shí)間計(jì)劃根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)度進(jìn)行安排，最少7天，28天最佳，否則需按照養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行折 算）確定高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)；
[0015] (3)利用所述高強(qiáng)水泥砂漿進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試件的澆筑預(yù)制，包括如下步驟：在所述模 具內(nèi)灌注所述高強(qiáng)水泥砂漿作為底層打底砂漿；然后將待測(cè)試的含有節(jié)理裂縫的巖心試件 放置于所述底層打底砂漿內(nèi)，并使所述節(jié)理裂縫懸露于所述底層打底砂漿外1?2_;在所 述巖心試件與所述模具之間的空隙內(nèi)填充泡沫；繼續(xù)澆筑上層覆蓋砂漿層；
[0016] (4)對(duì)步驟⑶得到的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；所述養(yǎng)護(hù)完成后，即可利用所述標(biāo)準(zhǔn)試 件進(jìn)行巖心試件節(jié)理面力學(xué)參數(shù)的測(cè)試。
[0017] 上述的剪切試驗(yàn)方法中，所述高強(qiáng)混凝土為C40混凝土至C60混凝土中任一種，并 確定其強(qiáng)度指標(biāo)。
[0018] 上述的剪切試驗(yàn)方法中，所述標(biāo)準(zhǔn)試件可為中間含節(jié)理裂隙面的立方體剪切試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)試件。
[0019] 上述的剪切試驗(yàn)方法中，步驟（4)中，所述養(yǎng)護(hù)的條件為與三軸壓縮試驗(yàn)的圓柱 體標(biāo)準(zhǔn)試件的同等環(huán)境（養(yǎng)護(hù)時(shí)間、環(huán)境溫度和濕度基本一致）。
[0020] 通過(guò)上述剪切試驗(yàn)方法，得到巖石節(jié)理面的強(qiáng)度。得到原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，利用標(biāo)準(zhǔn) 試件試驗(yàn)測(cè)得的水泥砂漿力學(xué)參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正（修正公式如下），值Q為最終確定的節(jié) 理面裂隙力學(xué)參數(shù)。

【權(quán)利要求】
1. 不規(guī)則巖體節(jié)理面力學(xué)參數(shù)測(cè)試方法，包括如下步驟： (1) 預(yù)制制作標(biāo)準(zhǔn)試件的模具，所述模具的結(jié)構(gòu)如下： 所述模具包括一底板、兩個(gè)側(cè)壁板和兩個(gè)側(cè)擋板； 兩個(gè)所述側(cè)壁板分別固定于所述底板的相對(duì)設(shè)置的端部；每個(gè)所述側(cè)壁板的內(nèi)壁上設(shè) 有兩個(gè)平行設(shè)置的凹槽，所述凹槽沿所述側(cè)壁板的堅(jiān)直方向從其頂部延伸至其底部； 每個(gè)所述側(cè)擋板通過(guò)嵌入兩個(gè)所述側(cè)壁上相應(yīng)位置處的兩個(gè)所述凹槽內(nèi)，固定于所述 底板上，且所述側(cè)擋板垂直于所述側(cè)壁板； 所述側(cè)壁板上于所述凹槽與其邊緣之間設(shè)有通孔，兩個(gè)所述側(cè)壁板上相應(yīng)位置處的兩 個(gè)所述通孔之間連接一螺栓，且所述螺栓從所述側(cè)壁板延伸出；所述螺栓的兩端部通過(guò)螺 母固定； 所述側(cè)壁板上設(shè)有觀察孔，所述觀察孔設(shè)于兩個(gè)所述側(cè)擋板之間； (2) 采用高強(qiáng)混凝土，調(diào)制高強(qiáng)水泥砂漿； (3) 利用所述高強(qiáng)水泥砂漿進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試件的澆筑預(yù)制，包括如下步驟：在所述模具內(nèi) 灌注所述高強(qiáng)水泥砂漿作為底層打底砂漿；然后將待測(cè)試的含有節(jié)理裂縫的巖心試件放置 于所述底層打底砂漿內(nèi)，并使所述節(jié)理裂縫懸露于所述底層打底砂漿外1?2mm ;在所述巖 心試件與所述模具之間的空隙內(nèi)填充泡沫；繼續(xù)澆筑上層覆蓋砂漿層； (4) 對(duì)步驟（3)得到的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；所述養(yǎng)護(hù)完成后，即可利用所述標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn) 行巖心試件的節(jié)理面力學(xué)參數(shù)的測(cè)試。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的剪切試驗(yàn)方法，其特征在于：所述高強(qiáng)混凝土為C40混凝土 至C60混凝土中任一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的剪切試驗(yàn)方法，其特征在于：所述標(biāo)準(zhǔn)試件為含中間節(jié) 理裂隙面的立方體剪切標(biāo)準(zhǔn)試件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的剪切試驗(yàn)方法，其特征在于：所述側(cè)壁板的外壁 與所述底板的端部的邊緣位于一條直線上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的剪切試驗(yàn)方法，其特征在于：所述螺栓上套設(shè)有 一彈簧，所述彈簧的自由長(zhǎng)度大于兩個(gè)所述側(cè)壁板之間的垂直間距。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的剪切試驗(yàn)方法，其特征在于：所述側(cè)擋板與所述 底板之間的間隙不超過(guò)〇. 01mm ; 所述凹槽的深度為1?3mm ; 所述通孔設(shè)于所述凹槽與所述側(cè)壁板的邊緣之間的中部； 所述通孔為螺孔； 所述通孔與所述螺栓之間的配合方式為間隙配合或過(guò)盈配合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的剪切試驗(yàn)方法，其特征在于：所述螺栓的長(zhǎng)度比 兩個(gè)所述側(cè)壁板的外壁之間的間距大至少20mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的剪切試驗(yàn)方法，其特征在于：所述螺栓上設(shè)有標(biāo) 尺； 所述標(biāo)尺的刻度精度為〇? 1?〇? 5mm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的剪切試驗(yàn)方法，其特征在于：所述觀察孔為條形 通孔； 所述觀察孔的長(zhǎng)度為一個(gè)所述側(cè)壁板上的兩個(gè)所述凹槽之間的橫向間距的1/3,其高 度為3?10_。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK104458444SQ201410696913
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】段品佳, 張超, 單彤文, 屈長(zhǎng)龍, 陳銳瑩, 李牧 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司