[发明专利]模拟深部原位地应力的样品制备方法、装置及其使用方法

权利要求书

1.模拟深部原位地应力的样品制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

获取目标岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、内摩擦角、粘聚力、内应力值；

制备类岩石材料，包括：将研究区域地层岩石制备岩相薄片，获取岩石粒径分布，按照一定级配调配骨料，将骨料与浆体混合；将混合后的骨料和浆体导入容器中，给混合后的骨料和浆体施力，使其压缩；对压缩后的骨料和浆体进行养护，养护一段时间后取出混合体，获得类岩石材料；

获取所述类岩石材料的弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、内摩擦角和粘聚力，并与目标岩石的指标比较；当六项指标与目标岩石指标之差的绝对值不超过预设值，则制备的类岩石材料力学性质、变形特性与目标岩石相近；若所述六项指标与目标岩石的对应指标之差的绝对值大于预设值，改变混合体各成分占比，重新制备类岩石材料，直至类岩石材料的所述六项指标与目标岩石的对应指标之差的绝对值不超过预设值；

计算制备的类岩石材料的内应力数值，并与目标岩石的内应力值进行对比；当二者的内应力数值之差的绝对值不超过预设值，则制备的类岩石材料的内应力数值与目标岩石的内应力数值相近；若二者的内应力数值之差的绝对值大于预设值，则重新制备类岩石材料；若类岩石材料与目标岩石的内应力值之差大于预设值，则制备类岩石材料的过程中减小施加力；若类岩石材料与目标岩石的内应力值之差小于负预设值，则制备类岩石材料的过程中增大施加力；直至内应力数值之差的绝对值不超过预设值；

当制备的类岩石材料的力学性质、变形特性、内应力数值均与目标岩石相近，则获得模拟深部原位地应力的样品。

2.根据权利要求1所述的模拟深部原位地应力的样品制备方法，其特征在于：所述预设值为目标岩石值的5%。

3.根据权利要求1或2所述的模拟深部原位地应力的样品制备方法，其特征在于：通过二值化方法获取岩石粒径分布。

4.根据权利要求1或2所述的模拟深部原位地应力的样品制备方法，其特征在于：通过单、三轴压缩试验以及巴西劈裂试验，获取弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、内摩擦角和粘聚力。

5.根据权利要求1所述的模拟深部原位地应力的样品制备方法，其特征在于：通过X射线衍射试验计算内应力数值。

6.根据权利要求1或5所述的模拟深部原位地应力的样品制备方法，其特征在于：给混合后的骨料和浆体施力的首次压力目标值设定为研究区域地层岩石的内应力数值。

7.根据权利要求1、2或5所述的模拟深部原位地应力的样品制备方法，其特征在于：制备类岩石材料时采用了制备类岩石材料的装置，所述装置包括高刚度容器、压力板、压力杆和压力监测装置，高刚度容器有浆体入口和浆体出口，浆体出口高于浆体入口，压力板置于高刚度容器内用于从上往下压骨料；

制备类岩石材料时，将混合后的骨料和浆体从浆体入口导入高刚度容器中，当混合后的骨料和浆体稳定从浆体出口流出时将浆体入口和浆体出口封堵，随后通过压力杆对压力板施加力，通过压力杆与压力板之间的压力监测装置监测所施加的压力；当压力达到目标值时，稳定压力值且压力板不再下降，随后进行后续养护。

8.模拟深部原位地应力的样品制备装置，其特征在于：包括高刚度容器、压力板、压力杆和压力监测装置，高刚度容器有浆体入口和浆体出口，浆体出口高于浆体入口；

压力板置于高刚度容器内用于压骨料，压力杆的下端伸进高刚度容器内，压力杆用于从上往下给压力板施力；

压力监测装置设于压力杆下端与压力板之间。

9.根据权利要求8所述的模拟深部原位地应力的样品制备装置，其特征在于：浆体出口与浆体入口分别位于高刚度容器的相对侧。

10.根据权利要求8或9所述的模拟深部原位地应力的样品制备装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

将研究区域地层岩石制备岩相薄片，获取岩石粒径分布，按照一定级配调配骨料，将调配好的骨料和浆体混合后得混合流体，将混合流体经浆体入口导入高刚度容器中，当混合流体稳定从浆体出口流出时，将浆体入口和浆体出口封堵；

随后通过压力杆对压力板施加力，通过压力监测装置监测所施加的力，调节所述施加的力至目标值；

当压力达到目标值时，稳定压力值至数值显示稳定且压力板不再下降，然后对骨料和浆体进行养护；

养护结束，取出混合体，获得类岩石材料。