一种使用劈裂试验来观察岩石试样内部水分分布的方法技术

本发明专利技术公开了一种使用劈裂试验来观察岩石试样内部水分分布的方法，该方法包括如下操作步骤：(1)对岩石试样进行干燥处理，(2)制备浸泡岩石试样的染色剂，选择与岩石本色反差较大的染色剂及合适的染料质量浓度，(3)将岩石试样放置于染色剂中浸泡，(4)使用石蜡涂抹试样表面，(5)将岩石试样置于劈裂试验装置内进行劈裂试验，(6)劈裂试验结束后，将劈裂为两瓣的岩石试样置于光亮充足处，拍照保存。本发明专利技术方法避免了传统切割模式产生大量热量以及核磁共振成像需要耗费时间长从而影响岩石内部水分分布的情况，操作简便，可达到直接观察到岩石试样内部真实水分分布的效果。岩石试样内部真实水分分布的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种使用劈裂试验来观察岩石试样内部水分分布的方法


[0001]本专利技术属于岩体力学试验
，具体是一种使用劈裂试验来观察岩石试样内部水分分布的方法。

技术介绍

[0002]水是影响岩石性质的最主要因素：水不仅会降低岩石的弹性模量，增大其泊松比，还会增大岩石变形，降低其强度。因此，水岩作用一直是岩土工程学者研究的热点。随着研究的深入，学者们发现仅以含水率这单一指标并不足以评价岩石的含水情况，岩石内部的水分的空间分布同样是影响岩石性质的重要因素。此外，水分子在岩石内部的迁移也被认为是影响岩石力学性质的重要因素。因此迫切需要一种方法能够清楚地观察到水分在岩石内部的分布情况以及迁移过程。
[0003]然而，岩石作为一种坚硬的材料，如何直观地观察试样内部的水分分布，一直是一个难题，严重限制着对不同水分分布对岩石力学行为影响的试验研究。
[0004]目前，观察岩石试样内部的水分分布主要有两种方法，一种是切割岩石，另一种是使用核磁共振成像(NMR)的方式。对岩石试样的切割一般使用机械切割，该方法是使用切割机对岩石试样直接按照想要的平面进行切割，操作简便，但切割机在切割岩石试样时，切割刀片和岩石摩擦势必产生大量的热量，高温会引起岩石内部的水分蒸发，从而导致经过机械切割后观察到的岩石试样内部的水分分布与原试样不一致，很显然该方法无法展现岩石内部水分分布的真实情况。核磁共振成像(NMR)的方法是利用不同物质原子核弛豫性质差异产生的NMR效应，显示出水分在平面上的分布。该方法虽然能间接地获得岩石内部的水分分布情况，但仍然存在不少缺陷。首先，该方法仅能把立体的水分分布投影于平面上，无法展示每一平面的水分分布。当岩芯投影下的每一个平面水分分布都一致时，该方法能够很好地展现岩石内部水分分布的情况。但当投影下的不同平面水分分布不一致时，通过该方法所得到的内部水分分布情况显然与真实情况不符。其次，浸水后的试样由于水分易蒸发于空气中，所以需在试样浸泡完成后短时间内观察到试样内部的水分分布，而该方法需要借用大型核磁共振成像仪，岩土试验室往往没有该仪器，需要到其他试验室进行，显然难以满足试验需求。因此，使用核磁共振成像的方式同样存在极大的限制与不便。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种使用劈裂试验来观察岩石试样内部水分分布的方法，该方法简便实用，能够直接观察到岩石试样内部水分真实分布情况，有利于对岩石力学行为影响的研究。
[0006]本专利技术以如下技术方案解决上述技术问题：
[0007]本专利技术一种使用劈裂试验来观察岩石试样内部水分分布的方法，该方法包括如下操作步骤：
[0008](1)将岩石试样进行干燥处理，以排除岩石试样内原有水分，然后使用电子秤测量
干燥后岩石试样的质量m
干
；
[0009](2)将干燥后的岩石试样置于恒温恒湿箱，冷却至室温；
[0010](3)选择与岩石本色反差较大的小分子染料，与水混合，使其溶解得到与岩石本色反差较大的染色剂，染色剂中染料的质量浓度为5％
‑
25％；
[0011](4)将冷却至室温的岩石试样放置于步骤(3)的染色剂中浸泡，得到研究不同浸泡时间条件下岩石内部水分分布对岩石力学行为影响试验所需的试样，然后取出后擦干，测量浸水后试样的质量m
湿
，岩石试样的含水率岩石试样的含水率
[0012](5)使用石蜡涂抹试样表面，使其在试样表面形成一层石蜡膜，以防止试样水分散发于空气中，同时能抑制岩石试样内部水分子从高浓度区域向低浓度区域迁移；
[0013](6)将岩石试样置于劈裂试验装置内，将岩石试样的劈裂面设计为研究所需要观察的试样面，启动劈裂试验装置对其劈裂面进行劈裂切割，得到岩石试样的劈裂面；
[0014](7)劈裂试验结束后，将劈裂为两瓣的岩石试样置于光亮充足处，对其劈裂面进行拍照，通过观察照片，得到岩石试样内部水分真实分布情况，即可利用岩石含水率数据及岩石内部的水分分布数据研究岩石内部水分对岩石力学行为的影响。
[0015]在步骤(6)中，可将劈裂面设计为两种，一种是沿岩芯的轴向方向设计，另一种是沿岩芯的径向方向设计。
[0016]在步骤(7)中，用浸泡后的岩石试样的颜色，来观察岩石试样内部的水分分布情况，具体操作是：将岩石内部划分为湿区、过渡区和干区，与浸泡液颜色相同的，为水分完全浸透的湿区；湿区边界附近，随着远离湿区，浸泡液的颜色越来越淡，直至完成变成岩石本色，表明水分子浓度不断变小，该区域为过渡区，为水分子迁移的证明；而保持岩石本色的区域，表明水分子尚未迁移进入，称为干区。
[0017]本专利技术方法与现有技术相比，具有如下优点：
[0018](1)本专利技术方法避免了传统切割模式产生大量热量以及核磁共振成像需要耗费时间长从而影响岩石内部水分分布的情况，操作简便，可达到直接观察岩石试样内部真实水分分布的效果。
[0019](2)本专利技术采用的劈裂试验可以灵活选择研究所需要观察的面，打破了传统方法中只能选择特定岩石试样平面的限制，充分满足试验研究的需要。
[0020](3)因为浸泡岩石试样染色剂的颜色与岩石本身颜色差异较大，因此能够清晰地看到岩石内部的干湿边界带，也可以从染色剂颜色的深浅直观地看出岩石试样的水分子浓度梯度，这对深入研究不同水分分布对岩石力学行为的影响具有重要意义。
[0021](4)本专利技术方法从岩石试样浸水结束到试验结束拍照，皆可在同一试验室内完成，仅需要数分钟，相比传统方法，本专利技术方法能极大地缩减了岩石试样暴露于空气中的时长，从而避免了岩石试样过长时间暴露于空气中影响水分分布的问题。
[0022](5)本专利技术方法仅需要简单的劈裂试验装置就能实现，适用性广，且操作简单，实用方便。
附图说明
[0023]图1(a)是适用于对岩石试样的轴向劈裂面进行劈裂的装置，其钢制压条与岩石试
样的轴向方向相同。
[0024]图1(b)是适用于对岩石试样的径向劈裂面进行劈裂的装置，其钢制压条与岩石试样的径向方向相同。
[0025]图2是本专利技术实施例1中的岩石试样进行劈裂试验前后的示意图。
[0026]图3是本专利技术实施例2中的岩石试样进行劈裂试验前后的示意图。
[0027]图中：1—钢制压条；2—岩石试样；3—劈裂试验装置；4
‑
湿区；5
‑
过渡区；6
‑
干区。
具体实施方式
[0028]下面结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0029]本专利技术一种使用劈裂试验来观察岩石试样内部水分分布的方法，包括如下具体操作步骤：
[0030](1)将岩石试样2置于鼓风干燥箱内于105℃下干燥48h，以排除岩石试样内原有水分，然后使用电子秤测量干燥后岩石试样的质量m
干
；
[0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用劈裂试验来观察岩石试样内部水分分布的方法，其特征在于，该方法包括如下操作步骤：(1)将岩石试样进行干燥处理，以排除岩石试样内原有水分，然后使用电子秤测量干燥后岩石试样的质量m
干
；(2)将干燥后的岩石试样置于恒温恒湿箱，冷却至室温；(3)选择与岩石本色反差较大的小分子染料，与水混合，使其溶解得到与岩石本色反差较大的染色剂，染色剂中染料的质量浓度为5％
‑
25％；(4)将冷却至室温的岩石试样放置于步骤(3)的染色剂中浸泡，得到研究不同浸泡时间条件下岩石内部水分分布对岩石力学行为影响试验所需的试样，然后取出后擦干，测量浸水后试样的质量m
湿
，岩石试样的含水率(5)使用石蜡涂抹试样表面，使其在试样表面形成一层石蜡膜，以防止试样水分散发于空气中，同时能抑制岩石试样内部水分子从高浓度区域向低浓度区域迁移；(6)将岩石试样置于劈裂试验装置内，将岩石试样的劈裂面设计为研究所需要观察的试样面，启动劈裂试...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培钊，肖何平，甘彬，李俊燚，韦红，唐世斌，杨文韬，
申请(专利权)人：广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：