[發明專利]不規則巖體節理面力學參數測試方法

有效

• 申請號: 201410696913.1
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104458444A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 段品佳;張超;單彤文;屈長龍;陳銳瑩;李牧
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海石油氣電集團有限責任公司
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N1/28
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術領域

本發明涉及一種不規則巖體節理面的剪切試驗方法，屬于石油工程巖石力學領域。

背景技術

巖石是地殼和上地幔主要的組成物質。其對地表的上部建構筑物可充當堅固的承載地基，也對地下的結構形成穩固的掩體。受巖石產狀和地質力學等因素的影響，在地下深埋的掩體中，存在有大量的巖體節理裂隙系統，其發育特征決定了地下巖體的安全與穩定性。在石油和天然氣工業中的鉆井及地下硐室的開挖中，廣泛涉及到巖體鉆進和巖體開挖成硐等施工過程。在此過程中，巖體的節理裂隙特性控制了施工的安全穩定性。

因此，在巖石相關的地下工程可行性研究及施工方案確定中，必須對地下相關巖層的巖體力學特性進行準確的判定和分析，尤其是含裂隙巖體的力學特性對工程安全具有至關重要的控制作用。基于此，在工程勘探過程中，必須鉆采地下含節理裂隙的巖體進行巖石力學試驗測試，以確定巖體節理裂隙的力學參數，如節理面的法向剛度、切向剛度、粘聚力和內摩擦角等。這樣才能對地下巖體的安全穩定性做到有效的評價，為工程設計和成功建造提供可靠的安全保障。

目前，廣泛采用的巖石節理裂隙參數的測試方法為，利用巖石剪切試驗機進行剪切試驗測試。而在試驗測試過程中，對巖石試件的形狀要求必須為邊長100mm、150mm或200mm的標準立方體試件，而且要求試件目標測試面的法向加載面和切向加載面必須平滑且平行，否則在加載過程中會出現偏壓或應力集中現象，導致測試結果不準確或失敗。

而采用鉆井勘探技術對巖體進行鉆探取芯的過程中，只能根據鉆井方向來鉆取地下節理面走向各異的含節理裂隙巖體，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，則無法預制成理想的標準巖塊開展裂隙參數測試的剪切試驗。

發明內容

本發明的目的是提供一種不規則巖體節理面的剪切試驗方法，利用本發明方法能夠將小尺寸、不規則巖心試樣預制成能夠順利開展剪切試驗并準確測得巖石節理面力學參數的標準試件。

本發明所提供的不規則巖體節理面力學參數測試方法，包括如下步驟：

(1)制作預制標準試件的模具，所述模具的結構如下：

所述模具包括一底板、兩個側壁板和兩個側擋板；

兩個所述側壁板分別固定于所述底板的相對設置的端部；每個所述側壁板的內壁上設有兩個平行設置的凹槽，所述凹槽沿所述側壁板的豎直方向從其頂部延伸至其底部；

每個所述側擋板通過嵌入兩個所述側壁上相應位置處的兩個所述凹槽內，固定于所述底板上，且所述側擋板垂直于所述側壁板；

所述側壁板上于所述凹槽與其邊緣之間設有通孔，兩個所述側壁板上相應位置處的兩個所述通孔之間連接一螺栓，且所述螺栓從所述側壁板延伸出；所述螺栓的兩端部通過螺母固定；

所述側壁板上設有觀察孔，所述觀察孔設于兩個所述側擋板之間；

(2)采用高強混凝土，根據水泥和粉細砂顆粒級配確定標準配合比，調制高強水泥砂漿，并對每組水泥砂漿進行標準試件預制；通過對養護標準時間的三軸強度試件測試(時間計劃根據試驗進度進行安排，最少7天，28天最佳，否則需按照養護時間長短進行折算)確定高強混凝土的強度指標；

(3)利用所述高強水泥砂漿進行標準試件的澆筑預制，包括如下步驟：在所述模具內灌注所述高強水泥砂漿作為底層打底砂漿；然后將待測試的含有節理裂縫的巖心試件放置于所述底層打底砂漿內，并使所述節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填充泡沫；繼續澆筑上層覆蓋砂漿層；

(4)對步驟(3)得到的標準試件進行養護；所述養護完成后，即可利用所述標準試件進行巖心試件節理面力學參數的測試。

上述的剪切試驗方法中，所述高強混凝土為C40混凝土至C60混凝土中任一種，并確定其強度指標。

上述的剪切試驗方法中，所述標準試件可為中間含節理裂隙面的立方體剪切試驗標準試件。

上述的剪切試驗方法中，步驟(4)中，所述養護的條件為與三軸壓縮試驗的圓柱體標準試件的同等環境(養護時間、環境溫度和濕度基本一致)。

通過上述剪切試驗方法，得到巖石節理面的強度。得到原始試驗數據后，利用標準試件試驗測得的水泥砂漿力學參數對數據進行修正(修正公式如下)，值Q為最終確定的節理面裂隙力學參數。

Q＝P-W

其中，Q為節理面力學參數值；

P為剪切試驗測試的初始參數值；

W為圓柱體三軸抗壓強度試驗測試的修正數值。