[發(fā)明專利]一種基于納米壓痕試驗測定花崗巖宏觀力學性質(zhì)的試驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710539143.3
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107356489B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設計）人: 張帆;亢軍杰;郭翰群;胡其志;肖衡林;肖本林;胡智;胡大偉;邵建富;弗雷德里克·斯科奇拉斯
• 申請（專利權）人: 湖北工業(yè)大學
• 主分類號: G01N3/42
• 分類號: G01N3/42;G01N23/20;G01N1/28;G01N1/44
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

1.一種基于納米壓痕試驗測定花崗巖宏觀力學性質(zhì)的試驗方法，該試驗方法包括以下步驟：

步驟一、花崗巖試樣準備，用鉆頭從巖塊中鉆取并切割得到扁平圓柱形的花崗巖試樣，然后對花崗巖試樣進行初步打磨，使得其上下面平行、平整，表面光滑；

步驟二、花崗巖試樣高溫處理，將步驟一中得到的花崗巖試樣分為多組進行高溫處理，每一組花崗巖試樣先加熱至設定溫度進行恒溫處理，然后按照梯度進行降溫、恒溫、降溫循環(huán)處理直至花崗巖試樣降溫至常溫，不同組的花崗巖試樣處理的設定溫度不一樣，設定溫度范圍為40-900℃；

步驟三、X射線衍射試驗，將步驟二中得到高溫處理后每組花崗巖試樣分別取一部分研成粉末，將研磨好的粉末進行密封保存，然后分別取不同組的花崗巖試樣粉末用兩層玻璃片夾住放入X衍射儀進行衍射實驗，并記錄每一組花崗巖試樣粉末的試驗結果；其特征在于：還包括以下步驟：

步驟四、將步驟二中得到高溫處理后的每組剩余的扁平圓柱形花崗巖試樣用目數(shù)更高的砂紙進行二次打磨，使得花崗巖試樣表面平滑度滿足納米壓痕試驗要求；

步驟五、將二次打磨后的花崗巖試樣用有機溶劑進行表面清洗，然后置于烘箱里烘干，烘干后密封保存；

步驟六、納米壓痕試驗，將每一組經(jīng)過二次打磨后的花崗巖試樣分別放入納米壓痕儀試驗工作平臺上，打開光學顯微鏡，觀察花崗巖試樣表面形態(tài)并保存圖片，并識別出不同種類的礦物成分，找不同礦物成分的平滑區(qū)域進行壓痕試驗；試驗時，對納米壓痕儀設置2s的恒定荷載，每次壓痕試驗都會在花崗巖試樣表面留下不同形態(tài)的壓痕，通過連續(xù)記錄的荷載位移數(shù)據(jù)繪制每組花崗巖試樣出不同特征的荷載-位移曲線；

步驟七、試驗結果處理：

(1)通過X射線衍射試驗分析不同組花崗巖試樣中各礦物成分在不同設定溫度高溫處理作用下的變化規(guī)律；

(2)對不同組花崗巖試樣的各主要礦物成分的荷載-位移曲線特性進行分析，求得花崗巖各成分的彈性模量E和硬度值H，通過數(shù)理統(tǒng)計方法對石英、長石、云母的彈性模量和硬度進行統(tǒng)計分析，通過統(tǒng)計分析得出各礦物力學性質(zhì)隨不同設定溫度高溫處理的變化規(guī)律；

(3)根據(jù)微觀力學模型，結合花崗巖大多數(shù)的孔隙都很小并且主要集中在云母中的構造特征，將花崗巖在微觀上近似看作由石英、長石以及多孔隙介質(zhì)構成的復合體，多孔隙介質(zhì)由云母顆粒固相和其中的孔隙結構組成，第一步，根據(jù)云母顆粒固相性質(zhì)和孔隙結構特點均值化成兩者共同組成的均勻介質(zhì)的性質(zhì)；第二步，根據(jù)石英，長石，云母孔隙介質(zhì)的性質(zhì)均值化成與實際花崗巖等價的均勻材料的性質(zhì)。

2.一種根據(jù)權利要求1所述的基于納米壓痕試驗測定花崗巖宏觀力學性質(zhì)的試驗方法，其特征在于：所述步驟二中，所述花崗巖試樣有3-9組，不同組花崗巖試樣高溫處理的設定溫度在40-900℃之間等溫差分布。

3.一種根據(jù)權利要求1所述的基于納米壓痕試驗測定花崗巖宏觀力學性質(zhì)的試驗方法，其特征在于：所述步驟二中，每組花崗巖試樣升溫至設定溫度時恒溫1.5-3h，按照梯度進行降溫過程中，每個恒溫點恒溫時間均為1.5-3h，從設定溫度降溫至常溫過程中，降溫梯度均勻。

4.一種根據(jù)權利要求1-3任意一項所述的基于納米壓痕試驗測定花崗巖宏觀力學性質(zhì)的試驗方法，其特征在于：每組用于納米壓痕試驗的有至少三個平行的花崗巖試樣，從至少三個平行的花崗巖試樣中選取最佳試驗結果作為該組花崗巖試樣的納米壓痕試驗結果。