用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法，包括完整岩石样品制备；岩样裂缝加工；含裂缝岩样饱水处理；含裂缝岩样密封。应用本方法可以实现在天然岩石上预制裂缝，且裂缝长度、宽度和角度均可控，同时也解决了在多场耦合三轴试验中围压油和高压水击穿预制裂缝处的热缩管导致密封失效的问题，另外，水压可直接作用于岩样内部裂缝，为研究高压水渗流对裂缝扩展的影响提供了技术支持，使得通过试验研究含裂缝岩石在模拟真实地质环境复杂条件热水力多场耦合下的水力力学特性成为可能。的水力力学特性成为可能。的水力力学特性成为可能。

【技术实现步骤摘要】
用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法


[0001]本专利技术属于岩石模拟试验
，具体涉及一种用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法。

技术介绍

[0002]地下工程岩体中的节理、裂隙通常是力学薄弱面，在施工扰动下易于扩展破坏，当其中赋存地下水时更加危险，因此，研究含裂缝岩石在多场耦合条件下的水力力学特性以及裂缝的扩展规律对于工程设计施工具有重要意义，然而在能够模拟多场耦合环境的三轴试验中，岩样外部围压油和内部高压渗透液易将预制裂缝处的热缩管击穿，从而破坏密封，为此，现有研究多采用树脂、石膏、水泥砂浆等相似材料预制含内部裂纹的类岩石试样，针对含裂缝的天然岩石的多场耦合三轴试验目前没有，类岩石试样无法综合反映天然岩石的水力、力学特性和损伤破坏规律，并且三轴试验中渗透液压难以直接作用于试样内部裂缝，无法研究渗透液压对裂缝扩展的作用效果。
[0003]因此，一种适用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法成为了目前亟待突破的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：本专利技术提供了一种适用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法，实现在天然岩石试样上预制裂缝，并且允许液压直接作用于该裂缝，同时也实现了多场耦合三轴试验条件下的含裂缝岩样密封。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、完整岩石样品制备：
[0008]将天然岩石加工成直径50mm，高度100mm的标准圆柱形试样，使其两端面不平行度误差不大于0.05mm，并且端面垂直于试件轴线，最大偏差不大于0.25
°
；
[0009]步骤2、岩样裂缝加工：
[0010]首先采用水射流技术在岩样中部沿径向钻出径向通孔，随后在岩样进水端端面中心竖直向内加工与中部径向通孔相连通的轴向半通孔，基于中部径向通孔，采用线切割技术加工具有倾角、长度和宽度的预制裂缝；
[0011]步骤3、含裂缝岩样饱水处理：
[0012]测量含裂缝岩样的尺寸和质量后，将含裂缝岩样完全浸入去离子水中，对容器抽真空，直至无气泡逸出为止，但抽气时间不得少于4h，真空抽气完成后静置24小时，使岩样完全饱和；
[0013]步骤4、含裂缝岩样密封：
[0014]取出饱和岩样并沾去表面水分后，称量岩样饱和质量，在岩样预制裂缝表面涂抹少量快干水泥浆将裂缝填平，待水泥浆凝固后，使其具有适当的强度，防止热缩管在较高围
压作用下陷入预制裂缝进而破裂，将凝固后的多余水泥浆打磨平整后，在预制裂缝表面再涂抹一层防水硅胶并待其硬化，防止裂缝内部的渗透压力液通过预制裂缝渗出，随后将含裂缝岩样进水端端面朝下置于渗流下压头上，采用自粘胶对岩样与压头接触位置缠绕密封；依次安装热缩管、密封箍环和渗流上压头，采用电热风机对热缩管加热，使其收缩并与岩样紧密贴合；随后在渗流上、下压头自粘胶所在位置处采用铁丝和密封箍环进行双重密封。
[0015]具体的，步骤2中径向通孔与轴向半通孔直径均为1mm，径向通孔长度与岩样直径相等，轴向半通孔长度与岩样高度的二分之一相等，预制裂缝以径向通孔为中心向两侧延伸；其宽度、倾角和长度在不同的岩样上可为不同。
[0016]具体的，为尽量防止水射流对试样造成其它损伤，提高含裂缝试样的加工成品率，径向通孔、轴向半通孔和预制裂缝依次加工。
[0017]具体的，为防止三轴试验中非饱和岩样吸水影响渗透率的测定，步骤3中需保证岩样饱和。
[0018]具体的，步骤4中快干水泥浆为快干水泥粉与水以1:1比例混合而成；宜采用透明热缩管，便于试验后对岩样破坏形态进行拍照，且最高工作温度不低于试验温度；含裂缝岩样和渗流压头之间设置滤网膜，避免岩样破坏产生的岩屑在渗透作用下进入压头堵塞渗流管道；热缩管两端各超出岩样1.5cm，为铁丝和密封箍环提供安装空间，同时将渗流压头和岩样包裹成整体；铁丝和密封箍环组成的双重密封中，铁丝靠近岩样一侧，密封箍环靠近渗流压头一侧。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1.本专利技术能够制备含有裂缝的天然岩石试样，裂缝长度、宽度和倾角可控，且制备过程对岩样损伤很小。
[0021]2.本专利技术解决了天然岩样预制裂缝后在热水力耦合三轴试验条件下的密封问题，其中，对岩样裂缝的密封解决了热水力耦合三轴试验条件下裂缝处热缩管易被液压击穿导致密封失效的难题，允许液压直接作用于裂缝，能够模拟岩样裂缝在液压作用下的扩展过程；进一步通过热缩管对岩样和上、下渗流压头之间的组合密封，防止外部围压硅油渗入和内部高压渗透液渗出。
[0022]3.本专利技术能够有效保证含预制裂缝天然岩石在热水力多场耦合条件下的三轴试验成功率，可以真实反映含裂缝岩石在热水力多场耦合条件下的水力力学特性和变形破坏机制，使研究初始裂缝在热水力耦合条件下的扩展规律成为可能。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的含裂缝岩石试样的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例提供的含裂缝岩石试样的密封结构示意图。
[0025]图中：1、出水端端面，2、岩样，3、裂缝，4、径向通孔，5、轴向半通孔，6、进水端端面，7、水泥浆，8、热缩管，9、防水硅胶，10、渗流下压头，11、第一滤网膜，12、第一自粘胶，13、渗流上压头，14、第二自粘胶，15、第一密封箍环，16、第二密封箍环，17、第二滤网膜，18、第一铁丝，19、第二铁丝。
具体实施方式
[0026]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0027]用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法，包括如下步骤：
[0028]步骤1，完整岩石样品制备：将天然岩石加工成标准圆柱形试样，如附图1所示，使进水端端面6与出水端端面1之间的不平行度误差不大于0.05mm，并且进水端端面6与出水端端面1垂直于试件轴线，最大偏差不大于0.25
°
。标准圆柱形试样直径为50mm，高度为100mm。
[0029]步骤2，岩样裂缝加工：在步骤1制备的标准圆柱形岩样2上加工裂缝3，如附图1所示。
[0030]首先采用水射流技术在岩样2中部沿径向钻出径向通孔4，径向通孔4的长度与岩样2直径相同，此处为50mm，径向通孔4的直径为1mm。该径向通孔4作为后续线切割加工裂缝3的起始位置。
[0031]随后在岩样2进水端端面6中心竖直向内加工轴向半通孔5，直至与中部径向通孔4相连通，其长度与岩样2高度的二分之一相等，轴向半通孔5的直径为1mm，该轴向半通孔5作为渗透液通道，可使渗透液压直接作用于裂缝3内。
[0032]将切割钢丝从中部径向通孔4穿过，采用线切割技术加工具有倾角α、长度b和宽度a的预制裂缝3。预制裂缝3以径向通孔4为中心向两侧延伸，其长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、完整岩石样品制备：将天然岩石加工成直径50mm，高度100mm的标准圆柱形试样，使其两端面不平行度误差不大于0.05mm，并且端面垂直于试件轴线，最大偏差不大于0.25
°
；步骤二、岩样裂缝加工：首先采用水射流技术在岩样中部沿径向钻出径向通孔，随后在岩样进水端端面中心竖直向内加工与中部径向通孔相连通的轴向半通孔，基于中部径向通孔，采用线切割技术加工具有倾角、长度和宽度的预制裂缝；步骤三、含裂缝岩样饱水处理：测量含裂缝岩样的尺寸和质量后，将含裂缝岩样完全浸入去离子水中，对容器抽真空，直至无气泡逸出为止，抽气时间不少于4小时，真空抽气完成后静置不少于24小时，使岩样完全饱和；步骤四、含裂缝岩样密封：取出饱和岩样并沾去表面水分后，称量岩样饱和质量，在岩样预制裂缝表面涂抹少量快干水泥浆将裂缝填平，待水泥浆凝固后，保证适当的强度，防止热缩管在较高围压作用下陷入预制裂缝进而破裂，将凝固后的多余水泥浆打磨平整后，在预制裂缝表面再涂抹防水硅胶并待其硬化，防止裂缝内部的渗透压力液通过预制裂缝渗出；随后将含裂缝岩样进水端面朝下置于渗流下压头上，采用自粘胶对岩样与压头接触位置缠绕密封；依次安装热缩管、密封箍环和渗流上压头，采用电热风机对热缩管加热，使其收缩并与岩样紧密贴合，随后在渗流上、下压头自粘胶所在位置处采用铁丝和密封箍环进行双重密封。2.按照权利要求1所述的用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，张卫华，谈海强，王駒，陈亮，马洪素，赵星光，封坤，仇清风，
申请(专利权)人：江苏锐成机械有限公司，
类型：发明
国别省市：