一种率定含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的方法技术

本发明专利技术提供一种率定含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的方法，包括以下步骤：步骤一：取试验岩心原料制备圆柱形的完整岩心试样，并将完整岩心试样进行干燥处理。步骤二：将处理后的完整岩心试样放入三轴剪切试验仪的压力腔室内，对完整岩心试样施加围压σ3和轴向应力σ1，使其匀速运动。步骤三：关闭三轴剪切试验仪，取出完整岩心试样。步骤四：根据完整岩心试样的长度L以及半径r，计算得到完整岩心试样的径向表面积；然后运用公式计算出三轴剪切试验仪内的胶套与完整岩心试样之间的摩擦系数μ1。本发明专利技术操作简单，效果显著，通过计算方法及流程剔除胶套与岩心试样之间的摩擦系数，提高含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的测定精度。高含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的测定精度。高含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的测定精度。

【技术实现步骤摘要】
[0014][0015]式中，F是轴向推力、F1是完整岩心试样与胶套之间的摩擦力、F
N
是法向压力、r是试样的半径、L是试样的长度、σ1是完整岩心试样所受轴向应力、σ3是完整岩心试样所受围压、μ1是完整岩心试样与胶套之间的摩擦系数；
[0016]步骤五：将完整岩心试样对中切割制作含贯穿单裂隙的岩心试样；
[0017]步骤六：将含贯穿单裂隙岩心试样放入三轴剪切试验仪的压力腔室内，对含贯穿单裂隙岩心试样施加围压σ3和轴向应力σ2使含贯穿单裂隙岩心试样沿裂隙面匀速滑动，并记录滑动过程中位移(ΔL)与时间的关系曲线；
[0018]步骤七：关闭三轴剪切试验仪，取出含贯穿单裂隙岩心试样；
[0019]步骤八：按照如下公式计算含贯穿单裂隙岩心试样的摩擦系数μ；公式为：
[0020]F＝F1+F2[0021][0022]F1＝2πrLσ3μ1[0023]F
N
＝σ3(L
‑
ΔL)2πr
[0024][0025]式中，F是轴向推力、F1是含贯穿单裂隙岩心试样与胶套之间的摩擦力、F2是含贯穿单裂隙岩心试样的摩擦力、F
N
是法向压力、r是试样的半径、L是试样的长度、ΔL是含贯穿单裂隙岩心试样的剪切位移、σ2是含贯穿单裂隙岩心试样所受到的轴向应力、σ3是含贯穿单裂隙岩心试样所受围压、μ是含贯穿单裂隙岩心试样的摩擦系数。
[0026]优选的，所述含贯穿单裂隙岩心试样的单裂隙沿完整岩心试样的径向中轴线剖开。
[0027]优选的，所述三轴剪切试验仪包括用于夹持完整岩心试样的试样夹持器、加载系统，所述完整岩心试样外环向包有一圈胶套，胶套与试样夹持器的内壁之间为围压腔室，所述完整岩心试样的轴向两端为轴压腔室，左右两个轴压腔室内分别轴向滑动设置有与完整岩心试样相对应的轴压传力杆，所述加载系统包括围压加载泵和轴压加载泵，所述围压加载泵与围压腔室相连通，所述轴压加载泵与轴压腔室相连通。
[0028]优选的，使用所述三轴剪切试验仪对所述含贯穿单裂隙岩心试样进行试验时，对应含贯穿单裂隙岩心试样上下两端的左右两个轴压传力杆的轴向力应保持一致。
[0029]优选的，步骤一中，所述完整岩心试样的横向截面平整度小于0.001mm，径向平整度小于0.3mm。一方面为了使轴压传力杆能够更加均衡的对岩心试样轴向截面施加应力，另一方面以防不平整的岩心试样轴向截面会对三轴剪切试验仪产生损伤。
[0030]优选的，步骤一中，所述完整岩心试样放入烘箱干燥处理24h。
[0031]优选的，步骤二、步骤六中，所述三轴剪切试验仪施加围压不大于40MPa。
[0032](三)有益效果
[0033]本专利技术提供了一种率定含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的方法。具备以下有益效
果：
[0034]1、该率定含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的方法，操作简单，效果显著，通过计算方法及流程剔除胶套与岩心试样之间的摩擦系数，提高含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的测定精度。
[0035]2、该率定含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的方法，本专利技术应用广泛，胶套与岩心试样的摩擦系数取决于两者的材质，也就是说同种材质的胶套与岩心试样的摩擦系数只需测定一次，可直接套用，避免反复测定，节约时间与成本。
附图说明
[0036]图1为本专利技术的含贯穿单裂隙岩心试样的制作流程图；
[0037]图2为本专利技术的完整岩心试样与胶套间摩擦系数测定示意图；
[0038]图3为本专利技术的完整岩心试样受力计算简图；
[0039]图4为本专利技术的含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数测定示意图；
[0040]图5为本专利技术的含贯穿单裂隙岩心试样受力计算简图；
[0041]图6为本专利技术的含贯穿单裂隙玄武岩岩心试样摩擦系数率定曲线图；
[0042]图7为本专利技术的含贯穿单裂隙砂岩岩心试样摩擦系数率定曲线图；
[0043]图8为本专利技术的含贯穿单裂隙石灰岩岩心试样摩擦系数率定曲线图。
[0044]图中：1试样夹持器、2完整岩心试样、3胶套、4围压腔室、5轴压腔室、6轴压传力杆、7围压加载泵、8轴压加载泵、9含贯穿单裂隙岩心试样。
具体实施方式
[0045]本专利技术实施例提供一种率定含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的方法，如图1
‑
7所示，包括以下步骤：
[0046]步骤一：取试验岩心原料制备圆柱形的完整岩心试样，完整岩心试样取自玄武岩原岩岩心，完整岩心试样的横向截面平整度小于0.001mm，径向平整度小于0.3mm。一方面为了使轴压传力杆能够更加均衡的对岩心试样轴向截面施加应力，另一方面以防不平整的岩心试样轴向截面会对三轴剪切试验仪产生损伤。接着将完整岩心试样进行干燥处理；完整岩心试样放入烘箱干燥处理24h。
[0047]步骤二：将处理后的完整岩心试样放入三轴剪切试验仪的压力腔室内，如图2所示，对完整岩心试样施加围压σ3＝2MPa和轴向应力σ1＝4.48MPa，使其匀速运动。
[0048]步骤三：关闭三轴剪切试验仪，取出完整岩心试样。
[0049]步骤四：根据完整岩心试样的长度L＝5cm以及半径r＝1.25cm，计算得到完整岩心试样的径向表面积；然后然后根据图3运用公式计算出三轴剪切试验仪内的胶套与完整岩心试样之间的摩擦系数μ1；公式为：
[0050][0051]F
N
＝2πrLσ3＝7.85kN
[0052][0053]式中，F是轴向推力，单位为kN。F1是完整岩心试样与胶套之间的摩擦力，单位为kN。F
N
是法向压力，单位为kN。r是试样的半径，单位为cm。L是试样的长度，单位为cm。σ1是完整岩心试样所受轴向应力，单位为MPa。σ3是完整岩心试样所受围压，单位为MPa。μ1是完整岩心试样与胶套之间的摩擦系数。
[0054]步骤五：将完整岩心试样对中切割制作含贯穿单裂隙的岩心试样。
[0055]步骤六：将含贯穿单裂隙岩心试样放入三轴剪切试验仪的压力腔室内，如图4所示，对含贯穿单裂隙岩心试样9施加围压σ3＝2MPa和轴向应力σ2＝20.11MPa使含贯穿单裂隙岩心试样9沿裂隙面匀速滑动，并记录滑动过程中位移(ΔL)与时间的关系曲线。
[0056]步骤七：关闭三轴剪切试验仪，取出含贯穿单裂隙岩心试样9。
[0057]步骤八：按照如下公式计算含贯穿单裂隙岩心试样9的摩擦系数μ；公式为：
[0058]F＝F1+F2[0059][0060]F1＝2πrLσ3μ1＝1.099kN
[0061]F
N
＝σ3(L
‑
2ΔL)2πr＝5.809kN
[0062][0063]式中，F是轴向推力、F1是含贯穿单裂隙岩心试样与胶套之间的摩擦力、F2是含贯穿单裂隙岩心试样的摩擦力、F
N
是法向压力，单位为kN。r是试样的半径、L是试样的长度，单位为cm。ΔL是含贯穿单裂隙岩心本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种率定含贯穿单裂隙岩心试样摩擦系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：取试验岩心原料制备圆柱形的完整岩心试样，并将完整岩心试样进行干燥处理；步骤二：将处理后的完整岩心试样放入三轴剪切试验仪的压力腔室内，对完整岩心试样施加围压σ3和轴向应力σ1，使其匀速运动；步骤三：关闭三轴剪切试验仪，取出完整岩心试样；步骤四：根据完整岩心试样的长度L以及半径r，计算得到完整岩心试样的径向表面积；然后运用公式计算出三轴剪切试验仪内的胶套与完整岩心试样之间的摩擦系数μ1；公式为：F
N
＝2πrLσ3式中，F是轴向推力、F1是完整岩心试样与胶套之间的摩擦力、F
N
是法向压力、r是试样的半径、L是试样的长度、σ1是完整岩心试样所受轴向应力、σ3是完整岩心试样所受围压、μ1是完整岩心试样与胶套之间的摩擦系数；步骤五：将完整岩心试样对中切割制作含贯穿单裂隙的岩心试样；步骤六：将含贯穿单裂隙岩心试样放入三轴剪切试验仪的压力腔室内，对含贯穿单裂隙岩心试样施加围压σ3和轴向应力σ2使含贯穿单裂隙岩心试样沿裂隙面匀速滑动，并记录滑动过程中位移(ΔL)与时间的关系曲线；步骤七：关闭三轴剪切试验仪，取出含贯穿单裂隙岩心试样；步骤八：按照如下公式计算含贯穿单裂隙岩心试样的摩擦系数μ；公式为：F＝F1+F2F1＝2πrLσ3μ1F
N
＝σ3(L
‑
ΔL)2πr式中，F是轴向推力、F1是含贯穿单裂隙岩心试样与胶套之间的摩擦力、F2是含贯穿单裂隙岩心试样的摩擦力、F
N
是法向压力、r是试样的半径、L是试...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟振，孟醒，张丰收，胡云进，李博，丁建行，徐从强，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：