[发明专利]一种动态力学特性的测量方法及装置

说明书

本发明实施例公开了一种动态力学特性的测量方法及装置，所述方法包括：四个阶段，阶段一，非饱和含水合物沉积物样品制备，并进行核磁共振测量；阶段二，非饱和含水合物沉积物样品制备，再进行静态三轴加载，并核磁共振测试；阶段三，非饱和含水合物沉积物样品制备，再进行动态三轴加载，并核磁共振测试；阶段四，非饱和含水合物沉积物样品制备，先进行动态三轴加载，再进行静态三轴加载，并核磁共振测试四个阶段，获取含天然气水合物沉积物在动载荷作用下的宏观动态响应、残余强度，并借助测量微观孔隙结构变化，解释宏观响应。

技术领域

本发明实施例涉及天然气水合物勘探领域，尤其涉及一种动态力学特性的测量方法及装置。

背景技术

天然气水合物勘探过程、开采以及地震等过程中，均会出现不同频率和不同幅值的动态载荷或位移，会引起天然气水合物沉积物的动力学响应，改变原来土体孔隙分布、沉积物的力学特性等，尤其引起土体孔隙中孔隙压力的急剧增加，从而使得土体的有效应力降低，承载力下降，影响勘探、开采以及海底土层的安全。而含水合物沉积物是一种含相变、非饱和的岩土材料，涉及新的岩土力学学科问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种动态力学特性的测量方法及装置，可以获取含天然气水合物沉积物在动载荷作用下的宏观动态响应、残余强度，并借助测量微观孔隙结构变化，解释宏观响应进而完成对系统的非饱和含天然气水合物沉积物动态力学特性的测量。

第一方面，本发明实施例提供一种动态力学特性的测量方法，应用于非饱和含天然气水合物沉积物的测量，包括：

制备非饱和含水合物沉积物的第一样品，以及对所述第一样品进行核磁共振测量，得到所述第一样品对应的微观孔隙结构变化的第一特征；

制备非饱和含水合物沉积物的第二样品，以及对所述第二样品进行静态三轴加载和核磁共振测量，得到所述第二样品对应的微观孔隙结构变化的第二特征；

制备非饱和含水合物沉积物的第二样品，以及对所述第二样品进行动态三轴加载和核磁共振测量，得到所述第二样品对应的微观孔隙结构变化的第三特征；

制备非饱和含水合物沉积物的第二样品，以及对所述第二样品依次进行动态三轴加载、静态三轴加载和核磁共振测量，得到所述第二样品对应的微观孔隙结构变化的第四特征；

根据所述第一特征、所述第二特征、所述第三特征和所述第四特征确定所述非饱和含天然气水合物沉积物的动态力学特性。

在一个可能的实施方式中，所述制备非饱和含水合物沉积物的第一样品，包括：

将天然气水合物区的粉土为实验介质，采用三轴试样制备的模具，控制干密度1.1g/cm³～1.4g/cm³以及分五层砸实含水量30％以下的粉土制得高度8.0cm和直径3.91cm的土样，对土样进行烘干处理，得到第一样品。

在一个可能的实施方式中，所述制备非饱和含水合物沉积物的第二样品，包括：

将浸泡2天的土样取出，放入高压低温三轴仪的压力室内，加围压至1MPa～5MPa，并启动低温控制装置使得压力室内围压液体的温度降至设定温度值，经过2天完成得到第二样品。

在一个可能的实施方式中，所述静态三轴加载的测量包括：在高压低温三轴仪上进行静态加载压缩实验，获得应力应变曲线；

所述动态三轴加载的测量包括：控制动应力或动应变，进行正弦周期动态加载，获得动态应力应变曲线和孔隙压力随时间变化曲线，得到动模量、动强度和样品破坏特征。

在一个可能的实施方式中，所述非饱和含水合物沉积物为四氢呋喃水合物粉土。

第二方面，本发明实施例提供一种动态力学特性的测量装置，应用于非饱和含天然气水合物沉积物的测量，包括：