[发明专利]一种水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验方法

权利要求书

1.一种水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验方法，其特征在于，在该方法中采用了一种水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验装置，所述水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验装置包括：

中空的环形夹持器本体(1)，所述夹持器本体(1)的侧表面围设有保温层(2)，所述保温层(2)的部分侧表面围设有核磁共振线圈(3)；

所述夹持器本体(1)的空腔内设有中空的环形胶套(4)，所述环形胶套(4)的空腔上部设有与空腔内壁紧密配合的上顶头(5)，所述环形胶套(4)的空腔下部设有与空腔内壁紧密配合的下顶头(6)，所述环形胶套(4)的内壁、上顶头(5)和下顶头(6)共同围成有可放置待测煤样或岩样试件(100)的空间；

所述环形胶套(4)的空腔上部设有与上顶头(5)接触的加载压头(7)，所述环形胶套(4)的空腔下部设有与下顶头(6)接触的下堵头(8)，所述环形胶套(4)的上端还设有将环形胶套(4)与加载压头(7)紧密卡接的上密封卡套(9)，所述环形胶套(4)的下端还设有将环形胶套(4)与下堵头(8)紧密卡接的下密封卡套(10)，所述下堵头(8)上设有将下堵头(8)下端部罩设在夹持器本体(1)下表面的下堵头固定端(11)，所述加载压头(7)的上部侧表面围设有将加载压头(7)固定在夹持器本体(1)上部的加载压头密封端(12)，所述加载压头(7)、上顶头(5)、下顶头(6)、下堵头(8)和下堵头固定端(11)上贯通设有液氮管(13)，所述液氮管(13)的内壁紧密配设有液氮位置控制活塞(14)，所述液氮位置控制活塞(14)上连接有活塞控制杆(141)，所述活塞控制杆(141)的一端从下堵头固定端(11)一侧的液氮管(13)伸出，所述夹持器本体(1)的空腔内壁上嵌设有加热层(15)，所述加热层(15)、夹持器本体(1)的空腔内壁及加载压头密封端(12)与所述加载压头(7)、环形胶套(4)及下堵头(8)之间共同构成一个环形的围压腔室(16)；

所述夹持器本体(1)的上部设有与围压腔室(16)连通的进油管(17)和与加热层(15)连通的加热层出油管(18)，所述夹持器本体(1)的下部设有与围压腔室(16)连通的卸油管(19)和与加热层(15)连通的加热层进油管(20)，且所述夹持器本体(1)的下部还设有数据线接头(21)和用于检测围压腔室(16)内温度的温度传感器(22)；

该方法包括如下步骤：

S1、沿圆柱型煤样或岩样的中心开一个预定直径的贯通圆孔；

S2、对开有预定直径贯通圆孔的圆柱型煤样或岩样进行高压水作用；

S3、将水压作用后的圆柱型煤样或岩样作为待测煤样或岩样试件(100)，放入所述环形胶套(4)的内壁、上顶头(5)和下顶头(6)共同围成的空间内，让所述待测煤样或岩样试件(100)的贯通圆孔套设在液氮管(13)上，连接好收集相应参数的数据线接头(21)，并密封和固定好所述水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验装置；

S4、设定所述围压腔室(16)内的围压为0～25MPa，温度为0～100℃，所述上顶头(5)的轴压为0～60KN；

S5、从所述液氮管(13)的入口注入液氮，同时利用所述液氮位置控制活塞(14)控制液氮作用位置，并通过计算机记录NMR T₂谱图和MRI图像；在达到设定液氮注入时间后停止注入液氮，对记录的数据和图像进行处理，得到液氮冻胀过程中岩石内部裂纹分布特征。

2.根据权利要求1所述的水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述沿圆柱型煤样或岩样的中心开一个直径为5-7毫米的贯通圆孔。

3.根据权利要求1所述的水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述围压腔室(16)内的围压为20MPa，温度为80℃，所述上顶头(5)的轴压为50KN。

4.根据权利要求1所述的水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述通过计算机记录NMR T₂谱图和MRI图像，其包括利用核磁共振原理，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，绘制成物体内部的结构图像得到高分辨NMR谱和高质量MRI图像，冻裂过程中裂隙的增加导致T₂谱信号增强，通过NMR谱表征冻裂过程中岩石损伤过程，MRI图像观察冻裂的动态变化。