[发明专利]用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法

说明书

本发明公开了一种适用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法，包括完整岩石样品制备；岩样裂缝加工；含裂缝岩样饱水处理；含裂缝岩样密封。应用本方法可以实现在天然岩石上预制裂缝，且裂缝长度、宽度和角度均可控，同时也解决了在多场耦合三轴试验中围压油和高压水击穿预制裂缝处的热缩管导致密封失效的问题，另外，水压可直接作用于岩样内部裂缝，为研究高压水渗流对裂缝扩展的影响提供了技术支持，使得通过试验研究含裂缝岩石在模拟真实地质环境复杂条件热水力多场耦合下的水力力学特性成为可能。

技术领域

本发明属于岩石模拟试验技术领域，具体涉及一种用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法。

背景技术

地下工程岩体中的节理、裂隙通常是力学薄弱面，在施工扰动下易于扩展破坏，当其中赋存地下水时更加危险，因此，研究含裂缝岩石在多场耦合条件下的水力力学特性以及裂缝的扩展规律对于工程设计施工具有重要意义，然而在能够模拟多场耦合环境的三轴试验中，岩样外部围压油和内部高压渗透液易将预制裂缝处的热缩管击穿，从而破坏密封，为此，现有研究多采用树脂、石膏、水泥砂浆等相似材料预制含内部裂纹的类岩石试样，针对含裂缝的天然岩石的多场耦合三轴试验目前没有，类岩石试样无法综合反映天然岩石的水力、力学特性和损伤破坏规律，并且三轴试验中渗透液压难以直接作用于试样内部裂缝，无法研究渗透液压对裂缝扩展的作用效果。

因此，一种适用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法成为了目前亟待突破的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供了一种适用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法，实现在天然岩石试样上预制裂缝，并且允许液压直接作用于该裂缝，同时也实现了多场耦合三轴试验条件下的含裂缝岩样密封。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于多场耦合三轴试验的含裂缝岩石试样制备与密封方法，包括如下步骤：

步骤1、完整岩石样品制备：

将天然岩石加工成直径50mm，高度100mm的标准圆柱形试样，使其两端面不平行度误差不大于0.05mm，并且端面垂直于试件轴线，最大偏差不大于0.25°；

步骤2、岩样裂缝加工：

首先采用水射流技术在岩样中部沿径向钻出径向通孔，随后在岩样进水端端面中心竖直向内加工与中部径向通孔相连通的轴向半通孔，基于中部径向通孔，采用线切割技术加工具有倾角、长度和宽度的预制裂缝；

步骤3、含裂缝岩样饱水处理：

测量含裂缝岩样的尺寸和质量后，将含裂缝岩样完全浸入去离子水中，对容器抽真空，直至无气泡逸出为止，但抽气时间不得少于4h，真空抽气完成后静置24小时，使岩样完全饱和；

步骤4、含裂缝岩样密封：

取出饱和岩样并沾去表面水分后，称量岩样饱和质量，在岩样预制裂缝表面涂抹少量快干水泥浆将裂缝填平，待水泥浆凝固后，使其具有适当的强度，防止热缩管在较高围压作用下陷入预制裂缝进而破裂，将凝固后的多余水泥浆打磨平整后，在预制裂缝表面再涂抹一层防水硅胶并待其硬化，防止裂缝内部的渗透压力液通过预制裂缝渗出，随后将含裂缝岩样进水端端面朝下置于渗流下压头上，采用自粘胶对岩样与压头接触位置缠绕密封；依次安装热缩管、密封箍环和渗流上压头，采用电热风机对热缩管加热，使其收缩并与岩样紧密贴合；随后在渗流上、下压头自粘胶所在位置处采用铁丝和密封箍环进行双重密封。

具体的，步骤2中径向通孔与轴向半通孔直径均为1mm，径向通孔长度与岩样直径相等，轴向半通孔长度与岩样高度的二分之一相等，预制裂缝以径向通孔为中心向两侧延伸；其宽度、倾角和长度在不同的岩样上可为不同。