[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

摘要

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。

主权项

1.一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，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；步骤二、花岗岩试样高温处理，将步骤一中得到的花岗岩试样分为多组进行高温处理，每一组花岗岩试样先加热至设定温度进行恒温处理，然后按照梯度进行降温、恒温、降温循环处理直至花岗岩试样降温至常温，不同组的花岗岩试样处理的设定温度不一样，设定温度范围为40‑900℃；步骤三、X射线衍射试验，将步骤二中得到高温处理后每组花岗岩试样分别取一部分研成粉末，将研磨好的粉末进行密封保存，然后分别取不同组的花岗岩试样粉末用两层玻璃片夹住放入X衍射仪进行衍射实验，并记录每一组花岗岩试样粉末的试验结果；其特征在于：还包括以下步骤：步骤四、将步骤二中得到高温处理后的每组剩余的扁平圆柱形花岗岩试样用目数更高的砂纸进行二次打磨，使得花岗岩试样表面平滑度满足纳米压痕试验要求；步骤五、将二次打磨后的花岗岩试样用有机溶剂进行表面清洗，然后置于烘箱里烘干，烘干后密封保存；步骤六、纳米压痕试验，将每一组经过二次打磨后的花岗岩试样分别放入纳米压痕仪试验工作平台上，打开光学显微镜，观察花岗岩试样表面形态并保存图片，并识别出不同种类的矿物成分，找不同矿物成分的平滑区域进行压痕试验；试验时，对纳米压痕仪设置2s的恒定荷载，每次压痕试验都会在花岗岩试样表面留下不同形态的压痕，通过连续记录的荷载位移数据绘制每组花岗岩试样出不同特征的荷载‑位移曲线；步骤七、试验结果处理：(1)通过X射线衍射试验分析不同组花岗岩试样中各矿物成分在不同设定温度高温处理作用下的变化规律；(2)对不同组花岗岩试样的各主要矿物成分的荷载‑位移曲线特性进行分析，求得花岗岩各成分的弹性模量E和硬度值H，通过数理统计方法对石英、长石、云母的弹性模量和硬度进行统计分析，通过统计分析得出各矿物力学性质随不同设定温度高温处理的变化规律；(3)根据微观力学模型，结合花岗岩大多数的孔隙都很小并且主要集中在云母中的构造特征，将花岗岩在微观上近似看作由石英、长石以及多孔隙介质构成的复合体，多孔隙介质由云母颗粒固相和其中的孔隙结构组成，第一步，根据云母颗粒固相性质和孔隙结构特点均值化成两者共同组成的均匀介质的性质；第二步，根据石英，长石，云母孔隙介质的性质均值化成与实际花岗岩等价的均匀材料的性质。