[发明专利]一种基于纳米压痕试验测定花岗岩宏观力学性质的试验方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米压痕试验测定花岗岩宏观力学性质的试验方法，首先将花岗石花岗岩试样在设定温度下进行高温处理，然后通过由X射线衍射试验,分析矿物成分及其随温度的变化，利用纳米压痕试验仪,测得各矿物力学性质及其随不同设定温度高温处理的变化，分析各矿物的微观力学性质对花岗岩的影响，利用测得的各矿物力学性质，通过均值化方法分析,得到花岗岩的宏观力学性质，与传统力学试验得到的力学性质做对比。本发明为花岗岩宏观特性提供补充,为工程实践提供技术支持，使其最大程度的接近实际工程状况，为工程结构的安全性提供可靠的数据保障。

技术领域

本发明属于花岗岩力学试验领域，具体涉及一种基于纳米压痕试验测定花岗岩宏观力学性质的试验方法。

背景技术

近年来，随着我国经济社会的快速发展，人民生活水平的提高和环保意识的增强，尤其是清洁能源的需求量不断增大。能源问题事关国家安全和发展战略，环境问题事关国民的健康安全，发展核能这种比较清洁的能源成为解决能源和环境的有效手段之一。然而我国作为核工业大国，核电站、国防、科研等产生的大量高放核废料具有毒性极大、半衰期很长的特点。将核废料埋在永久性处置库是目前国际公认为最安全的核废料处置方式，我国目前考虑将人烟稀少，地质条件非常优越，地壳运动稳定且有着大片完整花岗岩体的甘肃敦煌北山作为核废料处置库址。

与此同时，地热资源开发，矿山资源深部开采，煤与油页岩的地下气化，煤层瓦斯的安全抽放和综合利用，都促成高温下花岗岩物理力学性能研究成为一个具有重要价值的研究方向。例如，地热能源是可再生的绿色能源，它是指蕴藏在地下，温度超过200℃的岩体，主要是火成岩，火成岩中又以花岗岩为主。但是，从高温岩体中提取热能，需要在高温岩体中施工钻孔，建造人工储留层并对其进行检测。这都涉及到高温花岗岩力学问题，对其进行深入细致的研究具有重要经济价值和科学意义。

花岗岩是一种经历复杂地质作用的火成岩地质材料。其广泛分布地壳岩层中，强度高，抗腐蚀抗风化能力强，由此许多大规模工程都选择建造在花岗岩岩体中，对花岗岩的力学性质进行全面的深入研究有着重要的工程意义。学者们对花岗岩也进行了大量的研究，但大多数的试验是基于宏观力学的花岗岩力学的实验。例如单轴压缩试验、常规三轴试验、拉伸试验、剪切试验等，这种宏观力学的试验是把花岗岩假定为一种均匀的、各向同性的材料进行力学性质的研究，但花岗岩作为多相材料，其损伤和破坏是从其微观上的结构特征和力学性质变化开始的。

公开号为CN105445440A的发明专利公开了一种基于岩屑微观特性的页岩可压裂性评价方法，第一步取油气井中储层特定深度岩屑；第二步通过岩屑的X射线衍射实验得到全岩矿物的相对含量，计算矿物脆性指数；第三步对岩屑纳米压痕微观力学参数测试，计算其微观力学脆性指数；第四步通过电镜扫描计算岩屑表面裂缝分形参数，并求得分形脆性指数；第五步对岩屑进行3D激光扫描，计算表面粗糙性指数；第六步根据油田实际情况对以上4种脆性指数加权得到综合可压裂性指数；第七步重复以上步骤，计算不同深度岩屑可压裂性指数，绘制全井综合可压裂性指数纵向展布图。该方法虽然原理简单、操作方便，但忽略了花岗岩中各矿物的微观力学性质对花岗岩的影响；进行纳米压痕测试实验时，未考虑将压痕点压到矿物区，对各矿物参数进行微观测试；其次没有将纳米压痕测试得到的微观力学参数转化为花岗岩整体的宏观力学性质。

发明内容

本发明的目的有效的解决了高温热处理后花岗岩从微观力学性质到宏观力学性质的转化，提供一种基于纳米压痕试验测定高温热处理后花岗岩的宏观力学性质的试验方法，它是一种更为有效，更符合花岗岩实际的力学性质的试验方法。

本发明采用的技术方案为：

一种基于纳米压痕试验测定花岗岩宏观力学性质的试验方法，其特征在于：该试验方法包括以下步骤：

步骤一、花岗岩试样准备，用钻头从岩块中钻取并切割得到扁平圆柱形的花岗岩试样，然后对花岗岩试样进行初步打磨，使得其上下面平行、平整，表面光滑；