[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

说明书

本发明涉及模拟深部原位地应力的样品制备方法、装置及其使用方法，包括：拟实样品制备，测试样品的弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、内摩擦角、粘聚力、内应力值；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，施力让混合后的骨料和浆体压缩；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；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。本申请考虑了岩石原位内应力特征，使得制备出的类岩石材料更加接近深部原位真实岩石的力学性质和变形特性，能够取代地层深部岩石开始试验测试，减小能耗和成本，提供数据的准确性。

技术领域

本发明涉及岩石力学实验技术领域，尤其涉及模拟深部原位地应力的样品制备方法、装置及其使用方法。

背景技术

近年在岩石工程建设中，随着开挖深度的不断增加，直接在现场取心具备较大难度，并且采集回来的岩样因离开原位环境而发生性质改变。所以，现实中越来越青睐于采用相似模型进行模拟，同时也利于进行岩石的力学试验研究。

目前在制备类岩石材料时，往往只考虑了真实岩石的弹性模量、峰值强度等基础力学性质和变形特性，往往不会考虑地应力作用下岩石的内应力特征，导致制备的类岩石材料缺少关键力学属性，借助其进行的力学试验也不能反映真实岩石的力学行为。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题提供模拟深部原位地应力的样品制备方法、装置及其使用方法。

本申请通过下述技术方案实现：

模拟深部原位地应力的样品制备方法，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，通过二值化方法获取岩石粒径分布，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，则获得原位内应力样品。

值得说明的是，所述预设值根据需要设置。

其中，可通过单、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；通过X射线衍射试验计算内应力数值。

可选的，制备类岩石材料时采用了模拟深部原位地应力的样品制备装置，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；