CN1292244C - 化学腐蚀下岩石破裂全过程三轴压缩细观力学试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学腐蚀下岩石破裂全过程三轴压缩细观力学试验装置。该装置包含盒体(1)、一对加载轴(2)、水嘴(3)、增压器(4)、不锈钢管(5)、排气阀(6)；特征在于，在盒体(1)透明材料(7)的另一侧上方安装排气阀(6)，排气阀(6)尽量靠近盒体(1)顶端，下方安装水嘴(3)经不锈钢管与增压器(4)连接。主要优点是实现了三向加载条件下化学腐蚀的岩石细观力学实验，便于试验过程及其试件破坏全过程的显微放大与CCD全场观察、记录。
Description
技术领域：
本发明涉及岩石变形破裂全过程的细观力学试验，更具体涉及三向受压时化学腐蚀下的岩石破裂全过程的细观力学试验。适用于考虑围压及化学溶液影响的岩石变形破裂全过程的细观力学加载试验。
背景技术：
化学腐蚀下的岩石强度和破裂特性的研究是核废料处理、地热开发、石油钻井、地震机制、有毒有害物质的储存、岩土工程的长期稳定性评价等方面的最基础课题之一，也是岩石力学研究的最前沿课题之一。其主要原因是：地下水无处不在。环境中的腐蚀物质的化学反应、应力腐蚀，使得岩石的强度降低、破裂加快，最终导致失稳。探讨地质过程中化学对裂纹增长的影响，可以为岩硐的长期稳定性、地震机制和核废料处理过程中的长期亚临界裂纹增长提供重要的基本数据。例如，如果水中含有一定离子浓度的NaCl、CaCl2或者Na2SO4，则使砂岩的滑移摩擦系数降低20-46％，而且这种滑移摩擦系数的降低程度取决于离子的浓度和pH值。
另一方面，利用化学的作用可以提高钻井效率。有关研究表明：湿润条件下的破坏韧性值比干燥条件下的要低，裂纹扩展速度加快。ξ电位与裂纹增长、钻进效率具有一定的关系。ξ电位等于0时，岩石材料脆性增强，对环境的影响更加敏感，抗压强度最低，亚临界裂纹扩展速度将提高1个数量级以上。因此，如果将一些零ξ电位的化学溶液加入到钻井液与破裂液中，就可以提高岩石的可钻性和可破裂性。
实际中的工程岩体都具有一定的埋深，受到一定的围压作用，进行不同围压下的化学腐蚀岩石力学实验，更能满足实际工程的需要，计算结果也更接近于实际工程。研究不同围压、不同化学溶液作用下岩石破坏损伤演化过程、规律，不同围压下化学环境的腐蚀破裂机理具有更为重要而广泛的科学意义；目前还无法实现对受不同围压、不同化学溶液作用的岩石破裂过程进行有效的模拟和行为预测。其根本原因是缺乏与研究相配套的实验方法及设备。
CT实时扫描试验与显微镜实时观测试验等细观力学试验是揭示岩石破裂过程中其内部损伤演化规律的一种有效的手段，但CT实时扫描试验与显微镜实时观测试验不能实现三向加载条件下化学腐蚀的岩石破裂全过程研究。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种化学腐蚀下岩石破裂全过程三轴压缩细观力学试验装置。该装置主要是在盒体上端与一侧安装透明材料，水嘴及排气阀，水嘴与增压器连接，用于向盒体中提供液体及围压，排气阀用于将盒体中的气体排出。主要优点是实现了三向加载条件下的化学腐蚀的岩石变形破裂全过程的细观力学实验，并便于试验过程及其对多个试件表面的裂纹扩展全过程进行显微放大与CCD全场观察。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种化学腐蚀下岩石破裂全过程三轴压缩细观力学试验装置，该装置包含盒体、一对加载轴、水嘴、增压器、不锈钢管、排气阀。盒体为中空长方体，盒体顶端及一侧为硬质透明材料，其中盒体顶端的透明材料与盒体间用O型密封圈密封，将透明材料中的螺孔与盒体上的螺孔对齐，用螺钉固定在盒体上，盒体两端的中间开有同轴圆孔，一对加载轴均为圆柱体，大小与圆孔相匹配，分别安装在两个圆孔中，加载轴与圆孔间用O型密封圈密封，在盒体一侧为透明材料的另一侧上方安装排气阀，排气阀尽量靠近盒体顶端，下方安装水嘴经不锈钢管与增压器连接。
本发明在岩石力学试验中的应用：
1、打开盒体顶端的螺钉，将透明材料取下，把岩石试件放于两个加载轴中间，并夹紧，密封圈放于盒体顶端凹槽处，透明材料用螺钉固定在盒体上。
2、将本装置放在加载试验台上。
3、向增压器中加入试验需要的化学溶液，开启增压器向盒体中注入试验需要的化学溶液，当盒体上的排气阀中有溶液流出时，关闭排气阀。
4、增压器继续向盒体加压，当盒体中围压达到试验要求时，关闭增压器。
5、对一对加载轴均匀施加压力，一对加载轴则将所受的力传递到试件上，进行三轴压缩下的化学腐蚀岩石力学试验。由于盒体的顶端与一侧采用了透明材料，便于对试件的上表面和一个侧面的破坏过程进行显微放大与CCD全场观测或者录像记录。
6、不同围压、不同化学溶液、以及不同荷载的共同作用下，其对岩石试件的破坏过程、方式亦会有相应的变化。本装置的目的就是为细观、宏观观察、记录该变化提供试验手段，为不同化学溶液、不同围压以及不同轴向荷载对岩石破坏作用的理论分析提供依据。
本发明具有的优点和积极效果在于：
1、本装置可进行不同围压下不同化学溶液与不同轴向荷载共同作用对岩石破坏的影响，能满足不同围压下，不同化学溶液对岩石破坏全过程影响的岩石细观力学实验的需要；
2、由于本装置一个侧面与上表面采用了透明材料，便于对试件破坏过程进行细观与宏观观测或者录像记录；
3、本装置简单、易行，且成本低廉，具有抗化学腐蚀能力；
4、为核废料处理、地热开发、石油钻井、地震机制、有毒有害物质的储存，岩土工程长期稳定性评价等需考虑不同围压、不同化学溶液、以及不同荷载共同作用对岩石破坏影响的岩土工程，提供了更全面、可靠的试验手段。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
其中：1为盒体、2为加载轴、3为水嘴、4为增压器、5为不锈钢管、6为排气阀、7为透明材料、8为螺孔。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明作进一步的说明：
由图1可知，本发明的一种化学腐蚀下岩石破裂全过程三轴压缩细观力学试验装置包含盒体1、一对加载轴2、水嘴3、增压器4、不锈钢管5、排气阀6；盒体1为中空长方体，盒体1的顶端及其一侧为透明材料7如有机玻璃，其它部分采用不锈钢材料，其中盒体1顶端的透明材料7与盒体间用O型密封圈密封，将透明材料7中的螺孔与盒体1上的螺孔8对齐，用螺钉固定在盒体1上，盒体1两端的中间开有同轴圆孔，一对加载轴2均为圆柱体，大小与圆孔相匹配，分别安装在两个圆孔中，加载轴2与圆孔间用O型密封圈密封，在盒体1一侧为透明材料7的另一侧上方安装排气阀6，排气阀6尽量靠近盒体1顶端，下方安装水嘴3经不锈钢管与增压器4连接。
Claims (1)
1、一种化学腐蚀下岩石破裂全过程三轴压缩细观力学试验装置，其特征在于，该装置包含盒体(1)、一对加载轴(2)、水嘴(3)、增压器(4)、不锈钢管(5)、排气阀(6)；盒体(1)为中空长方体，盒体(1)的顶端及其一侧为透明材料(7)，其中盒体(1)顶端的透明材料(7)与盒体(1)间用O型密封圈密封，将透明材料(7)中的螺孔与盒体(1)上的螺孔(8)对齐，用螺钉固定在盒体(1)上，盒体(1)两端的中间开有同轴圆孔，一对加载轴(2)均为圆柱体，大小与圆孔相匹配，分别安装在两个圆孔中，加载轴(2)与圆孔间用O型密封圈密封，在盒体(1)一侧为透明材料(7)的另一侧上方安装排气阀(6)，排气阀(6)尽量靠近盒体(1)顶端，下方安装水嘴(3)经不锈钢管与增压器(4)连接。
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