[發明專利]一種基于納米壓痕試驗測定花崗巖宏觀力學性質的試驗方法

有效

• 申請號: 201710539143.3
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107356489B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（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: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發明公開了一種基于納米壓痕試驗測定花崗巖宏觀力學性質的試驗方法，首先將花崗石花崗巖試樣在設定溫度下進行高溫處理，然后通過由X射線衍射試驗,分析礦物成分及其隨溫度的變化，利用納米壓痕試驗儀,測得各礦物力學性質及其隨不同設定溫度高溫處理的變化，分析各礦物的微觀力學性質對花崗巖的影響，利用測得的各礦物力學性質，通過均值化方法分析,得到花崗巖的宏觀力學性質，與傳統力學試驗得到的力學性質做對比。本發明為花崗巖宏觀特性提供補充,為工程實踐提供技術支持，使其最大程度的接近實際工程狀況，為工程結構的安全性提供可靠的數據保障。

技術領域

本發明屬于花崗巖力學試驗領域，具體涉及一種基于納米壓痕試驗測定花崗巖宏觀力學性質的試驗方法。

背景技術

近年來，隨著我國經濟社會的快速發展，人民生活水平的提高和環保意識的增強，尤其是清潔能源的需求量不斷增大。能源問題事關國家安全和發展戰略，環境問題事關國民的健康安全，發展核能這種比較清潔的能源成為解決能源和環境的有效手段之一。然而我國作為核工業大國，核電站、國防、科研等產生的大量高放核廢料具有毒性極大、半衰期很長的特點。將核廢料埋在永久性處置庫是目前國際公認為最安全的核廢料處置方式，我國目前考慮將人煙稀少，地質條件非常優越，地殼運動穩定且有著大片完整花崗巖體的甘肅敦煌北山作為核廢料處置庫址。

與此同時，地熱資源開發，礦山資源深部開采，煤與油頁巖的地下氣化，煤層瓦斯的安全抽放和綜合利用，都促成高溫下花崗巖物理力學性能研究成為一個具有重要價值的研究方向。例如，地熱能源是可再生的綠色能源，它是指蘊藏在地下，溫度超過200℃的巖體，主要是火成巖，火成巖中又以花崗巖為主。但是，從高溫巖體中提取熱能，需要在高溫巖體中施工鉆孔，建造人工儲留層并對其進行檢測。這都涉及到高溫花崗巖力學問題，對其進行深入細致的研究具有重要經濟價值和科學意義。

花崗巖是一種經歷復雜地質作用的火成巖地質材料。其廣泛分布地殼巖層中，強度高，抗腐蝕抗風化能力強，由此許多大規模工程都選擇建造在花崗巖巖體中，對花崗巖的力學性質進行全面的深入研究有著重要的工程意義。學者們對花崗巖也進行了大量的研究，但大多數的試驗是基于宏觀力學的花崗巖力學的實驗。例如單軸壓縮試驗、常規三軸試驗、拉伸試驗、剪切試驗等，這種宏觀力學的試驗是把花崗巖假定為一種均勻的、各向同性的材料進行力學性質的研究，但花崗巖作為多相材料，其損傷和破壞是從其微觀上的結構特征和力學性質變化開始的。

公開號為CN105445440A的發明專利公開了一種基于巖屑微觀特性的頁巖可壓裂性評價方法，第一步取油氣井中儲層特定深度巖屑；第二步通過巖屑的X射線衍射實驗得到全巖礦物的相對含量，計算礦物脆性指數；第三步對巖屑納米壓痕微觀力學參數測試，計算其微觀力學脆性指數；第四步通過電鏡掃描計算巖屑表面裂縫分形參數，并求得分形脆性指數；第五步對巖屑進行3D激光掃描，計算表面粗糙性指數；第六步根據油田實際情況對以上4種脆性指數加權得到綜合可壓裂性指數；第七步重復以上步驟，計算不同深度巖屑可壓裂性指數，繪制全井綜合可壓裂性指數縱向展布圖。該方法雖然原理簡單、操作方便，但忽略了花崗巖中各礦物的微觀力學性質對花崗巖的影響；進行納米壓痕測試實驗時，未考慮將壓痕點壓到礦物區，對各礦物參數進行微觀測試；其次沒有將納米壓痕測試得到的微觀力學參數轉化為花崗巖整體的宏觀力學性質。

發明內容

本發明的目的有效的解決了高溫熱處理后花崗巖從微觀力學性質到宏觀力學性質的轉化，提供一種基于納米壓痕試驗測定高溫熱處理后花崗巖的宏觀力學性質的試驗方法，它是一種更為有效，更符合花崗巖實際的力學性質的試驗方法。

本發明采用的技術方案為：

一種基于納米壓痕試驗測定花崗巖宏觀力學性質的試驗方法，其特征在于：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；