[发明专利]一种岩石热冲击破裂过程中热冲击因子的测定方法

摘要

本发明属于高温岩石力学破坏研究领域，具体是一种岩石热冲击破裂过程中热冲击因子的测定方法。包括以下步骤1）根据热传导理论将热冲击因子ω定义，2）将待测岩样加工成立方体试件，3）在立方体岩石试件的六个面上划分方格网，4）等距离标定3个钻孔取芯点，5）在标定I、II、III三点处分别用6mm以下的取芯钻进行钻孔，6）在钻孔底部埋设的热电偶探头，7）将热电偶探头与数显测温仪相连接，8）通电加热工作液至目标温度并保持恒温状态。9）将岩石试件快速、平稳地放入油浴或水浴槽工作液中，10）记录温度，11）计算温度梯度分布，12）将岩石试件进行细观破裂CT扫描实验，13）采用热冲击因子ω的值来标定热冲击作用对岩石破坏能力的强弱。

主权项

1.一种岩石热冲击破裂过程中热冲击因子的测定方法，其特征在于：包括以下步骤，1）根据热传导理论将热冲击因子ω定义为：热冲击传热过程中，单位时间内温度梯度的变化率，表达式为，式中为温度梯度，为时间；2）将待测岩样加工成高与底边边长为2:1的符合国际岩石力学实验标准的立方体试件，其高记为H、底边边长记为B；3）在立方体岩石试件的六个面上划分方格网，方格网的边长为a ；4） 在任一长方形面上，垂直于底边B/2处的划线上，等距离标定3个钻孔取芯点，其编号分别为I、II、III，钻孔I、钻孔II和钻孔I、钻孔III的间距均为L₁，钻孔II、钻孔III距试件边缘均为L₂；5）在标定I、II、III三点处分别用6mm以下的取芯钻进行钻孔，钻孔深度依次为H₁、H₂、H₃，且△H=H₂‑H₁=H₁‑H₃；6）在钻孔底部埋设的热电偶探头（4），保证探头部分与孔底充分接触，并用铝粉（5）充填；7）将热电偶探头（4）与数显测温仪（6）相连接，并进行调试，保证温度传感器正常工作；8）在恒温油浴或水浴槽（7）中加入工作液（8），将相对布置传感器的面没入恒温油浴或水浴槽（7）中，并保证工作液（8）液面达到岩石试件的B/2处，然后取出岩石试件，通电加热工作液（8）至目标温度并保持恒温状态；9）将岩石试件快速、平稳地放入油浴或水浴槽（7）工作液（8）中，试件刚好浸至B/2处；10）记录温度，开始时，每间隔t₁秒时间记录一次钻孔I、钻孔II、钻孔III处热电偶（4）的读数，直到3个热电偶探头（4）的温度都有变化时，然后每间隔较短时间t₂秒记录一次数据，并将三个热电偶（4）温度读数分别记为T₁、T₂、T₃，间隔时间记为△t；11）结合划分的方格网坐标，利用编制的温度场反演程序计算整个岩石试件热冲击传热过程中具体时刻的温度梯度分布，已有的温度场反演程序是根据热传导方程来模拟岩石内部传热规律，设置温度边界条件，即工作液温度，以及通过插值方法将实验过程中测点温度，即实测数据随时间变化的关系作为结果来反算岩石内部热传导系数λ，再根据这一热传导系数λ计算整个岩石试件热冲击传热过程中具体时刻的温度梯度分布，然后根据计算热冲击因子；12）将热冲击因子测试完毕的岩石试件进行细观破裂CT扫描实验，观察岩石热冲击作用下各破裂区裂隙的发生发展、形态、密度特征，根据裂隙数量及裂隙大小可以找到岩石热冲击破裂沿传热方向的破裂分区特征；13）对热冲击作用后的岩石试件进行宏观力学参数测试，力学参数包括单轴抗压强度σ、弹性模量E、泊松比μ，绘制每个热冲击因子ω下分别对应的宏观力学参数（σ，E，μ）的图像，自动拟合功能得到热冲击因子ω与宏观力学参数（σ，E，μ）的关系式，即可以采用热冲击因子ω的值来标定热冲击作用对岩石破坏能力的强弱。