[發明專利]用于多場耦合三軸試驗的含裂縫巖石試樣制備與密封方法

在審

• 申請號: 202011251834.1
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112557135A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 張海洋;張衛華;談海強;王駒;陳亮;馬洪素;趙星光;封坤;仇清風
• 申請（專利權）人: 核工業北京地質研究院;江蘇銳成機械有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N3/12;G01N3/18;F16J15/14;F16L13/10
• 代理公司: 常州知融專利代理事務所(普通合伙) 32302
• 代理人: 路接洲

本發明公開了一種適用于多場耦合三軸試驗的含裂縫巖石試樣制備與密封方法，包括完整巖石樣品制備；巖樣裂縫加工；含裂縫巖樣飽水處理；含裂縫巖樣密封。應用本方法可以實現在天然巖石上預制裂縫，且裂縫長度、寬度和角度均可控，同時也解決了在多場耦合三軸試驗中圍壓油和高壓水擊穿預制裂縫處的熱縮管導致密封失效的問題，另外，水壓可直接作用于巖樣內部裂縫，為研究高壓水滲流對裂縫擴展的影響提供了技術支持，使得通過試驗研究含裂縫巖石在模擬真實地質環境復雜條件熱水力多場耦合下的水力力學特性成為可能。

技術領域

本發明屬于巖石模擬試驗技術領域，具體涉及一種用于多場耦合三軸試驗的含裂縫巖石試樣制備與密封方法。

背景技術

地下工程巖體中的節理、裂隙通常是力學薄弱面，在施工擾動下易于擴展破壞，當其中賦存地下水時更加危險，因此，研究含裂縫巖石在多場耦合條件下的水力力學特性以及裂縫的擴展規律對于工程設計施工具有重要意義，然而在能夠模擬多場耦合環境的三軸試驗中，巖樣外部圍壓油和內部高壓滲透液易將預制裂縫處的熱縮管擊穿，從而破壞密封，為此，現有研究多采用樹脂、石膏、水泥砂漿等相似材料預制含內部裂紋的類巖石試樣，針對含裂縫的天然巖石的多場耦合三軸試驗目前沒有，類巖石試樣無法綜合反映天然巖石的水力、力學特性和損傷破壞規律，并且三軸試驗中滲透液壓難以直接作用于試樣內部裂縫，無法研究滲透液壓對裂縫擴展的作用效果。

因此，一種適用于多場耦合三軸試驗的含裂縫巖石試樣制備與密封方法成為了目前亟待突破的難題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：本發明提供了一種適用于多場耦合三軸試驗的含裂縫巖石試樣制備與密封方法，實現在天然巖石試樣上預制裂縫，并且允許液壓直接作用于該裂縫，同時也實現了多場耦合三軸試驗條件下的含裂縫巖樣密封。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種用于多場耦合三軸試驗的含裂縫巖石試樣制備與密封方法，包括如下步驟：

步驟1、完整巖石樣品制備：

將天然巖石加工成直徑50mm，高度100mm的標準圓柱形試樣，使其兩端面不平行度誤差不大于0.05mm，并且端面垂直于試件軸線，最大偏差不大于0.25°；

步驟2、巖樣裂縫加工：

首先采用水射流技術在巖樣中部沿徑向鉆出徑向通孔，隨后在巖樣進水端端面中心豎直向內加工與中部徑向通孔相連通的軸向半通孔，基于中部徑向通孔，采用線切割技術加工具有傾角、長度和寬度的預制裂縫；

步驟3、含裂縫巖樣飽水處理：

測量含裂縫巖樣的尺寸和質量后，將含裂縫巖樣完全浸入去離子水中，對容器抽真空，直至無氣泡逸出為止，但抽氣時間不得少于4h，真空抽氣完成后靜置24小時，使巖樣完全飽和；

步驟4、含裂縫巖樣密封：

取出飽和巖樣并沾去表面水分后，稱量巖樣飽和質量，在巖樣預制裂縫表面涂抹少量快干水泥漿將裂縫填平，待水泥漿凝固后，使其具有適當的強度，防止熱縮管在較高圍壓作用下陷入預制裂縫進而破裂，將凝固后的多余水泥漿打磨平整后，在預制裂縫表面再涂抹一層防水硅膠并待其硬化，防止裂縫內部的滲透壓力液通過預制裂縫滲出，隨后將含裂縫巖樣進水端端面朝下置于滲流下壓頭上，采用自粘膠對巖樣與壓頭接觸位置纏繞密封；依次安裝熱縮管、密封箍環和滲流上壓頭，采用電熱風機對熱縮管加熱，使其收縮并與巖樣緊密貼合；隨后在滲流上、下壓頭自粘膠所在位置處采用鐵絲和密封箍環進行雙重密封。

具體的，步驟2中徑向通孔與軸向半通孔直徑均為1mm，徑向通孔長度與巖樣直徑相等，軸向半通孔長度與巖樣高度的二分之一相等，預制裂縫以徑向通孔為中心向兩側延伸；其寬度、傾角和長度在不同的巖樣上可為不同。