一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法技术

一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法，该方法包括以下步骤：1)拓模；2)放置蜡块；3)称取K39树脂放入容器中；4)制备复合硬化剂；5)向K39树脂中加入促进剂制得K胶；6)向K胶中加入步骤4)中制得的复合硬化剂；7)向容器中倒入热水，均匀缓慢搅拌至K胶变得澄清；8)均匀缓慢搅拌的同时向步骤7)制得的混合均匀的K胶中加入消泡剂；9)将K39树脂混合液沿模具壁缓慢倒入步骤2)得到的放置有蜡块的模具中；10)取出蜡块。本发明专利技术提供的一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法，可以解决现有方法制备的岩样内部无法产生大气泡的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法
本专利技术涉及涉及岩土工程
，尤其是一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法。
技术介绍
目前，在岩样可视化实验中，已制岩样是通过在固定模具中注入K39树脂材料，使其凝固成型所得。成型后的试件无色透明，可视性非常好，且可通过调节辅助剂来改变试件的变形性能和泊松比等性能，能够模拟具有不同变形参数的各种岩石。但得到的透明试件连续无空隙，内部无气泡，完全均质的试件，而实际中原岩内部存在一定数量和不同大小的孔隙与缺陷，如火成岩、砂岩等。当岩石中含有较大孔隙与缺陷时，会对岩石的变形性能产生较大影响，这种影响不能被忽略。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法，可以解决现有方法制备的岩样内部无法产生大气泡的问题，能在原岩岩样中形成与原岩中形态、大小、位置完全相同的大气泡，从而能更好地模拟出含大气泡岩样的内部环境。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法，该方法包括以下步骤：1)拓模：取需模拟的含大气泡原岩岩样，将软化后的蜡块镶入原岩岩样所含大气泡的内部，待蜡块完全凝固后取出；2)放置蜡块：将步骤1)制得的蜡块固定在制备岩样所用模具内部，蜡块的放置位置与原岩岩样中的大气泡位置相同；3)称取K39树脂放入容器中：根据所需制作的原岩岩样的大小称取所需质量的K39树脂；4)制备复合硬化剂：向硬化剂中加入异佛尔酮二胺制成复合硬化剂，硬化剂与异佛尔酮二胺的质量比按照需模拟的劈裂岩样强度设定；5)向步骤3)称取好的K39树脂中加入促进剂，K39树脂与促进剂的质量比为100：0.6～1.0，添加后缓慢搅拌至混合均匀制得K胶；6)向步骤5)制得的K胶中加入步骤4)中制得的复合硬化剂，K胶与复合硬化剂的质量比为100：1.2～1.6，添加后缓慢搅拌至混合均匀；7)向装有步骤6)制得的混合均匀的K胶的容器中倒入35℃～45℃的热水，均匀缓慢搅拌至K胶变得澄清；8)继续均匀缓慢搅拌，均匀缓慢搅拌的同时向步骤7)制得的混合均匀的K胶中加入消泡剂，搅拌均匀后制成K39树脂混合液，混合均匀的K胶与消泡剂的质量比为100：0.4～0.6；9)将步骤8)制得好的K39树脂混合液沿模具壁缓慢倒入步骤2)得到的放置有蜡块的模具中，静置1～2h，待树脂完全凝固成型后，从模具中取出制得的含有蜡块的岩样；10)取出步骤9)制得的岩样内的蜡块，即制得可视化实验中内部含大气泡岩样。步骤5)中，K39树脂与促进剂的质量比优选为100：0.8，缓慢搅拌的时间为15～30秒。步骤6)中，K胶与复合硬化剂的质量比优选为100：1.4，缓慢搅拌的时间为15～30秒。步骤7)中，向装有步骤6)制得的混合均匀的K胶的容器中倒入40℃的热水，均匀缓慢搅拌至K胶变得澄清；容器内热水的体积为容器体积的1/3。步骤8)中，混合均匀的K胶与消泡剂的质量比优选为100：0.5。步骤10)取出步骤9)制得的模拟岩样内的蜡块的方法为：步骤一：在步骤2)中，将步骤1)制得的蜡块用细针固定在制备岩样所用模具内部，蜡块的放置位置与原岩岩样中的大气泡位置相同，细针的针头刺入蜡块内部，细针的针尾在模具外应至少保留1cm的长度；步骤二：步骤10)中，对步骤9)制得的含有蜡块的岩样的蜡块处进行局部加热，蜡块受热后融化成液体，将固定蜡块的岩样上的细针缓慢拔出使岩样内留下细微通道，通过注射器从该通道将融化的蜡完全吸出，即制得可视化实验中内部含大气泡岩样。步骤4)所用硬化剂为过氧化二苯甲酰，步骤5)所用促进剂为二甲基苯胺，步骤8)所用消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚。制备的岩样的孔隙率的计算方法如下：(1)将步骤10)制得的干燥的圆柱形岩样放置在天平上称量，得到质量M，测量圆柱形岩样的底面半径r及高h；(2)计算圆柱形岩样的表观密度R1＝M/V＝M/πr2h；。(3)取含水体积为V1的量筒，将干燥的圆柱形岩样放入量筒中，水面上升后记下含水体积V2；(4)计算圆柱形岩样的实际密度R2＝M/V＝M/(V1-V2)；(5)计算圆柱形岩样的孔隙率P＝(1-R1/R2)×100％。采用上述方法计算制得的岩样的孔隙率的计算过程如下：算例如下：含大气泡的圆柱形岩样质量M＝196.76g，测得圆柱形岩样的底面半径r＝2厘米，高h＝12厘米。则由公式R1＝M/πr2得圆柱形岩样的表观密度R1为1.305g/cm3；量筒的含水体积V1为140.36ml，该岩样在量筒中排开水后量得的体积V2为280.80ml，由公式R2＝M/(V2-V1)得岩样的实际密度R2为1.401g/cm3。根据公式P＝(1-R1/R2)×100％得岩样的孔隙率P为6.85％。本专利技术所采用的K39树脂具有以下优点：K39树脂为透明液体，无挥发性，无毒；K39树脂凝固时间短，强度可调，经济实用。步骤2)和步骤9)所使用的模具优选为硅胶模具，具有以下优点：硅胶的特点是耐高温，耐腐蚀，抗撕拉性强；硅胶模具为软模具，相比硬模具，其具有制作简单、脱模容易、精细的特点；硅胶模具具有不容易变形、可以反复使用的特点。本专利技术提供的一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法，有益效果如下：1、通过加入水浴加热等关键步骤及配料(促进剂、异佛尔酮二胺及消泡剂)的配合比，来完成对岩样内大气泡的模拟，可以解决现有方法制备的岩样内部无法产生大气泡的问题，能在原岩岩样中形成与原岩中形态、大小、位置完全相同的大气泡，从而能更好地模拟出含大气泡岩样的内部环境。2、采用K39树脂制作的岩样透明度好，达到可视化效果。3、加入多种辅助剂使制得岩样的变形模量可调，使原岩岩石和模拟试件在不同应力状态下的变形性能和泊松比一致。4、用软化后的蜡块镶入原岩的大气泡处，能够准确模拟出原岩中大气泡的形态和大小，使大气泡模拟技术更精确；蜡块受热易融化，熔点远低于树脂材料，且不与树脂材料材料反应，便于将蜡加热成液体后吸出。5、本专利技术方法的可行性分析如下：采用K39树脂成型以后来模拟真实岩体。但树脂制作过程中会由于各个添加剂(促进剂、异佛尔酮二胺及消泡剂)的成分不同，使得制作的岩样具有不同的物理性质，包括弹性模量，泊松比和峰值承载力。根据试验研究进行统计，制得的岩样中的步骤4)所指的的复合硬化剂的含量对岩体的影响最大。因此，采用上述制作方法制作了不同质量含量硬化剂的岩样，然后对其进行进行单轴压缩试验，试验结果如图1-图4所示，图1为随不同复合硬化剂质量含量下最大位移图；图2为随不同复合硬化剂质量含量下弹性模量图；图3为随不同复合硬化剂质量含量下峰值力图；图4为随不同复合硬化剂质量含量下泊松比图。在现实市场中，对K39树脂制作相应的工艺品或者机械工具，进行配比组合添加试剂的时候，要求硬化剂的相对水晶树脂的重量百分百为1％。但是由此制作的岩样的弹性模量小，变形大。在进行单轴压缩试验的过程中，经常是承载力达到120kN左右时也未完全破坏，但是位移变形量超出了可测试范围，显然是不符合真实岩样的基本物理现象。经调节硬化剂的百分比含量以后，硬度明显增强，变形也相应变小，并且证明了其是完全可以模拟真实岩样的。由图1-图4可看出，硬化剂含量为1％时，承载力强度可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)拓模：取需模拟的含大气泡原岩岩样，将软化后的蜡块镶入原岩岩样所含大气泡的内部，待蜡块完全凝固后取出；2)放置蜡块：将步骤1)制得的蜡块固定在制备岩样所用模具内部，蜡块的放置位置与原岩岩样中的大气泡位置相同；3)称取K39树脂放入容器中：根据所需制作的原岩岩样的大小称取所需质量的K39树脂；4)制备复合硬化剂：向硬化剂中加入异佛尔酮二胺制成复合硬化剂，硬化剂与异佛尔酮二胺的质量比按照需模拟的劈裂岩样强度设定；5)向步骤3)称取好的K39树脂中加入促进剂，K39树脂与促进剂的质量比为100：0.6～1.0，添加后缓慢搅拌至混合均匀制得K胶；6)向步骤5)制得的K胶中加入步骤4)中制得的复合硬化剂，K胶与复合硬化剂的质量比为100：1.2～1.6，添加后缓慢搅拌至混合均匀；7)向装有步骤6)制得的混合均匀的K胶的容器中倒入35℃～45℃的热水，均匀缓慢搅拌至K胶变得澄清；8)继续均匀缓慢搅拌，均匀缓慢搅拌的同时向步骤7)制得的混合均匀的K胶中加入消泡剂，搅拌均匀后制成K39树脂混合液，混合均匀的K胶与消泡剂的质量比为100：0.4～0.6；9)将步骤8)制得好的K39树脂混合液沿模具壁缓慢倒入步骤2)得到的放置有蜡块的模具中，静置1～2h，待树脂完全凝固成型后，从模具中取出制得的含有蜡块的岩样；10)取出步骤9)制得的岩样内的蜡块，即制得可视化实验中内部含大气泡岩样。...

【技术特征摘要】
1.一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)拓模：取需模拟的含大气泡原岩岩样，将软化后的蜡块镶入原岩岩样所含大气泡的内部，待蜡块完全凝固后取出；2)放置蜡块：将步骤1)制得的蜡块固定在制备岩样所用模具内部，蜡块的放置位置与原岩岩样中的大气泡位置相同；3)称取K39树脂放入容器中：根据所需制作的原岩岩样的大小称取所需质量的K39树脂；4)制备复合硬化剂：向硬化剂中加入异佛尔酮二胺制成复合硬化剂，硬化剂与异佛尔酮二胺的质量比按照需模拟的劈裂岩样强度设定；5)向步骤3)称取好的K39树脂中加入促进剂，K39树脂与促进剂的质量比为100：0.6～1.0，添加后缓慢搅拌至混合均匀制得K胶；6)向步骤5)制得的K胶中加入步骤4)中制得的复合硬化剂，K胶与复合硬化剂的质量比为100：1.2～1.6，添加后缓慢搅拌至混合均匀；7)向装有步骤6)制得的混合均匀的K胶的容器中倒入35℃～45℃的热水，均匀缓慢搅拌至K胶变得澄清；8)继续均匀缓慢搅拌，均匀缓慢搅拌的同时向步骤7)制得的混合均匀的K胶中加入消泡剂，搅拌均匀后制成K39树脂混合液，混合均匀的K胶与消泡剂的质量比为100：0.4～0.6；9)将步骤8)制得好的K39树脂混合液沿模具壁缓慢倒入步骤2)得到的放置有蜡块的模具中，静置1～2h，待树脂完全凝固成型后，从模具中取出制得的含有蜡块的岩样；10)取出步骤9)制得的岩样内的蜡块，即制得可视化实验中内部含大气泡岩样。2.根据权利要求1所述的一种制备岩样可视化实验中内部含大气泡岩样的方法，其特征在于：步骤5)中，K39树脂与促进剂的质量比为100：0....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，燕逵，胡静，邓兰红，徐晓，郑彦，陈羽，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42