一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]層狀巖體是工程建設(shè)中普遍存在的一種賦存巖體類型，由于在形成過程中經(jīng)歷各種地質(zhì)構(gòu)造作用，層狀巖體結(jié)構(gòu)與其他巖體有顯著的差別，含有層理面的巖體表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的層理結(jié)構(gòu)效應(yīng)。尤其是層狀沉積巖，由于受到層理結(jié)構(gòu)的影響，使其力學(xué)特性及變形特征具有明顯的各向異性特征，這種特征常常對(duì)巖體工程安全穩(wěn)定產(chǎn)生重要的影響。國(guó)內(nèi)外學(xué)者自從20實(shí)際50年代開始對(duì)含有完整或定向節(jié)理裂隙巖石材料進(jìn)行各向異性的室內(nèi)試驗(yàn)。研宄通常采用巖石材料或室內(nèi)人工合成巖石材料或石膏模型進(jìn)行加工獲得具有不同層理角Θ (最大主應(yīng)力和層理面法線的夾角)的實(shí)驗(yàn)試件，以研宄巖石材料的強(qiáng)度各向異性特征隨層理角的變化規(guī)律。
[0003]層狀巖體中由于存在層理、裂隙、斷層等結(jié)構(gòu)面，從而使巖體力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非均質(zhì)、不連續(xù)性和各向異性，具有不同結(jié)構(gòu)面巖體的力學(xué)性質(zhì)差異很大。當(dāng)層理角Θ不同時(shí)，其力學(xué)參數(shù)如抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角等會(huì)出現(xiàn)一定的各向異性。
[0004]研宄層理結(jié)構(gòu)對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響需要大量的標(biāo)準(zhǔn)巖心試件，現(xiàn)階段制取室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的巖心時(shí)主要是將大塊巖石運(yùn)至室內(nèi)，然后再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣品的制取。該方法現(xiàn)場(chǎng)取心成本高、取心難度高，且?guī)r心運(yùn)輸過程中無法保證樣品的原狀性和完整性。而且室內(nèi)鉆取標(biāo)準(zhǔn)巖心時(shí)還取決于巖石的大小、巖性和取樣方法，且很難連續(xù)取得任意層理角的標(biāo)準(zhǔn)巖心，取樣數(shù)量和位置受到限制。從現(xiàn)場(chǎng)取得的巖心內(nèi)部存在較強(qiáng)各向異性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性較差。因此研宄不同層理角度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響時(shí)，需要使用大量物理性質(zhì)相近的標(biāo)準(zhǔn)巖心，巖心內(nèi)部除了層理面以外的裂隙結(jié)構(gòu)等特征相近，這樣才能控制層理角這單一變量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法，該方法首先預(yù)制含有若干個(gè)水平層理面的巖塊，水平層理面之間的間距可以不等，然后再將巖塊固定在巖心鉆取機(jī)底座上，調(diào)節(jié)底座的傾斜角度來鉆取巖心，底座的傾角大小即為巖心的層理角。
[0006]為此，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明提供了一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法。該方法通過控制相鄰兩次澆筑物料形成的界面作為巖體的層理面，控制相鄰兩次澆注物料的時(shí)間間隔的長(zhǎng)短來控制層理面的強(qiáng)度，最后將澆筑好的巖塊置于巖心鉆取機(jī)底座上，通過調(diào)節(jié)巖心鉆取機(jī)底座的傾角可鉆取含有不同層理角的巖心。該方法通過控制前后澆筑時(shí)間間隔形成具有水平層理面的巖塊，同一個(gè)巖塊中可以預(yù)制多個(gè)水平層理面，相鄰層理面之間的間距可以不等。
[0008]本發(fā)明所述的一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法包括以下步驟:
[0009](I)選擇物料:
[0010]預(yù)制巖塊的物料是由石英砂和水泥組成，石英選用20-40目的精制石英砂，水泥選擇型號(hào)為P.s.A32.5的通用娃酸鹽水泥，水為自來水。
[0011]⑵選擇模具:
[0012]模具是由一個(gè)底板、兩個(gè)側(cè)板和兩個(gè)端板組成，各板的材質(zhì)為鋼，側(cè)板和端板之間采用螺栓連接，各板拼裝完成后可形成長(zhǎng)方體內(nèi)腔。
[0013](3)預(yù)制巖塊:
[0014]將石英砂和水泥按重量比1:1均勻混合，加水進(jìn)行攪拌。澆筑之前在模具內(nèi)表面涂抹一層黃油或潤(rùn)滑油，以便于巖塊脫模，然后將配置好的水泥砂漿注入模具中，進(jìn)行充分震動(dòng)以排除砂漿中的氣體，最后用刮砂板在模具內(nèi)沿水平方向來回移動(dòng)，其中水泥砂漿不注滿模具。在室溫條件下對(duì)巖塊進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，用塑料布或篷布進(jìn)行覆蓋并不斷噴淋灑水進(jìn)行保濕、潮濕養(yǎng)護(hù)一定的時(shí)間At。
[0015]然后再重復(fù)上述過程，這樣就在兩次澆筑物料的界面處形成了層理面。反復(fù)操作上述過程直至澆筑物料填滿模具，這樣一個(gè)巖塊中就可以形成若干個(gè)水平層理面。
[0016]優(yōu)選的是，所述水平層理面的個(gè)數(shù)為1-3個(gè)。
[0017](4)鉆取巖心:
[0018]將預(yù)制好的巖塊固定在巖心鉆取機(jī)的底座上，調(diào)節(jié)巖心鉆取機(jī)底座的傾斜角度，然后鉆取該傾斜角度下的巖心，所得巖心的層理角為底座的傾斜角度；再次調(diào)節(jié)底座的傾角，可以鉆取不同層理角的巖心。
[0019]優(yōu)選的是，所述巖心鉆取機(jī)底座的傾斜角度范圍是0° -90°。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過控制相鄰兩次澆筑物料的時(shí)間間隔At形成的界面作為巖體的層理面，控制變量單一，所預(yù)制巖塊的可重復(fù)性高。本發(fā)明可以針對(duì)同一層理角Θ，制取不同澆筑間隔時(shí)間At下的巖塊；對(duì)于同一澆筑間隔時(shí)間At，制取不同層理角Θ下的巖塊。然后取這兩種情況下的標(biāo)準(zhǔn)巖心進(jìn)行巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，分析層理角Θ和饒筑間隔時(shí)間△ t對(duì)巖石材料各向異性的影響。
【附圖說明】
[0021]以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
[0022]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法而預(yù)制的巖塊的不意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的取心層理角為0°的示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的取心層理角為15°的示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明的三個(gè)層理面等間距、取心層理角為0°的示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明的呈一定夾角的層理面的巖塊的示意圖；
[0027]附圖標(biāo)號(hào)說明:
[0028]1、巖層2、層理面
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，巖塊的尺寸為20 X 20 X 20cm，巖心直徑為25mm、高度為50mm的圓柱體，其制作方法包括以下步驟:
[0030]實(shí)施例1:圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法而預(yù)制的巖塊的示意圖，以下為預(yù)制具有三個(gè)水平層理面的巖塊的過程。
[0031](I)選擇物料:
[0032]選擇石英砂和水泥作為預(yù)制巖塊的物料，石英砂選用20-40目的精制石英砂，水泥選擇型號(hào)為P.s.A32.5的通用娃酸鹽水泥，水為自來水；
[0033](2)選擇模具:
[0034]模具是由一個(gè)底板、兩個(gè)側(cè)板和兩個(gè)端板組成，各板材質(zhì)為鋼，側(cè)板和端板之間采用螺栓連接，各板拼裝完成后可形成20X20X20cm的正方體內(nèi)腔；
[0035](3)預(yù)制巖塊:
[0036]將石英砂和水泥按重量比1:1均勻混合，加水進(jìn)行攪拌。澆筑之前在模具內(nèi)表面涂抹一層黃油或潤(rùn)滑油，然后將配置好的水泥砂漿注入模具內(nèi)，注入水泥砂漿的高度為8cm，進(jìn)行充分震動(dòng)以排除砂漿中的氣體，最后用刮砂板在模具內(nèi)沿水平方向來回移動(dòng)。在室溫條件下對(duì)巖塊進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，用塑料布或篷布進(jìn)行覆蓋并不斷噴淋灑水進(jìn)行保濕、潮濕養(yǎng)護(hù)一定的時(shí)間At，然后再向模具內(nèi)注入高度為4cm的水泥砂漿，再重復(fù)上述過程，這樣就在兩次澆筑物料的界面處形成了層理面。然后再反復(fù)操作上述過程，不同之處是兩次注入水泥的高度為2cm和6cm，最終可形成具有三個(gè)層理面的巖塊如圖1所示；
[0037](4)鉆取巖心:
[0038]將預(yù)制好的巖塊固定在巖心鉆取機(jī)的底座上，調(diào)節(jié)巖心鉆取機(jī)底座的傾斜角度為0°，可鉆取層理角為0°的巖心，取心示意圖如圖2所示。
[0039]任意調(diào)節(jié)底座的傾角可鉆取不同層理角的巖心，層理角的范圍為0° -90°，且?guī)r塊內(nèi)可預(yù)制1-3個(gè)層理面。
[0040]實(shí)施例2:—種具有不同層理角的人造巖心的制作方法，同實(shí)施例1，不同之處在于，調(diào)節(jié)底座的傾斜角度為15°，鉆取層理角為15°的巖心，取心示意圖如圖3所示。
[0041]實(shí)施例3:—種具有不同層理角的人造巖心的制作方法，同實(shí)施例1，不同之處在于，巖塊內(nèi)部具有三個(gè)水平層理面，且層理面之間是等間距的，取芯示意圖如圖4所示。
[0042]實(shí)施例4:一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法，同實(shí)施例1，不同之處在于，巖塊內(nèi)部具有兩個(gè)層理面，且兩個(gè)層理面之間不平行，取芯示意圖如圖5所示。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本發(fā)明提供了一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法。該方法通過控制相鄰兩次澆筑物料形成的界面作為巖體的層理面，控制相鄰兩次澆注物料的時(shí)間間隔的長(zhǎng)短來控制層理面的強(qiáng)度，最后將澆筑好的巖塊置于巖心鉆取機(jī)底座上，通過調(diào)節(jié)巖心鉆取機(jī)底座的傾角可鉆取含有不同層理角的巖心。該方法通過控制前后澆筑時(shí)間間隔形成具有水平層理面的巖塊，同一個(gè)巖塊中可以預(yù)制多個(gè)水平層理面，相鄰層理面之間的間距可以不等。2.如權(quán)利要求1所述的一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法，其特征在于，所述同一巖塊中相鄰兩次澆筑物料的時(shí)間間隔可以不同。3.如權(quán)利要求1所述的一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法，其特征在于，所述水平層理面的個(gè)數(shù)為1-3個(gè)。4.如權(quán)利要求1所述的一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法，其特征在于，所述鉆取巖心的層理角范圍是0° -90°。5.如權(quán)利要求1所述的一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法，其特征在于，所述巖塊內(nèi)部的層理面之間可以不平行。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有不同層理角的人造巖心的制作方法。該方法通過控制相鄰兩次澆筑物料形成的界面作為巖體的層理面，控制相鄰兩次澆注物料的時(shí)間間隔的長(zhǎng)短來控制層理面的強(qiáng)度，最后將澆筑好的巖塊置于巖心鉆取機(jī)底座上，通過調(diào)節(jié)巖心鉆取機(jī)底座的傾角可鉆取含有不同層理角的巖心。該方法通過控制前后澆筑時(shí)間間隔形成具有水平層理面的巖塊，同一個(gè)巖塊中可以預(yù)制多個(gè)水平層理面，相鄰層理面之間的間距可以不等。本發(fā)明克服了制取天然巖心困難、數(shù)量少的缺點(diǎn)，尤其是鉆取具有不同層理角的天然巖心，該方法具有制取巖心簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01N1/08, G01N1/28
【公開號(hào)】CN104990758
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510038315
【發(fā)明人】張廣清, 周大偉, 趙波
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年1月22日