[发明专利]模拟各向同性片理角度下岩芯饼化现象的装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种模拟各向同性片理角度下岩芯饼化现象的装置及使用方法，它包括透明中空结构的侧限盒，侧限盒侧表面开设有多个槽口；侧限盒内部填充有模拟岩体层；模拟岩体层内埋设有多个压力传感器，通过分层浇筑模拟岩体层，在层与层添加片理模拟层的方法，形成结构面，提供不同的c（粘聚力）值和φ（内摩擦角）值模拟各向同性不同深度岩体，从而揭示不同片理角度下岩芯饼化试验的应力状态和测试结果。具有适用性广，装置结构简单、操作便捷，可以直接获取受外界因素影响时岩石应力的变化。

技术领域

本发明属于岩石力学技术领域及高地应力测量技术领域，具体涉及一种模拟各向同性片理角度下岩芯饼化现象的装置及使用方法。

背景技术

岩芯饼化是在岩体开挖后，钻探取芯过程中产生的岩芯断裂成饼的现象。从现场取芯来看，岩芯饼化现象在深埋高应力岩体中较常见，岩芯饼化现象成为高应力显现的一大标志。但是，从实际情况来看，不同开挖尺寸、不同钻孔直径和方向条件下的岩芯饼化程度是不同的，岩芯断口凹凸性也不具有普遍性。岩芯饼化的形成是钻进过程中岩芯逐渐断裂的动态演化过程，钻探速度对岩芯饼化的形成也具有一定的影响。目前模拟横观各向同性片理角度下岩芯饼化现象存在的问题是：1，测量方法不具有普遍性，只适用于特定地区；2，对装置要求较高，不适宜在实际工程中使用；3，只能获取固定状态下岩石应力，不能直接获取受外界因素影响时岩石应力的变化。

因此，需要设计一种新型的模拟各向同性片理角度下岩芯饼化现象的装置及使用方法。

发明内容

本发明涉及一种模拟横观各向同性片理角度下岩芯饼化现象的装置及方法，通过分层浇筑模拟岩体层，在层与层添加片理模拟层的方法，形成结构面，提供不同的c（粘聚力）值和φ（内摩擦角）值模拟各向同性不同深度岩体，从而揭示不同片理角度下岩芯饼化试验的应力状态和测试结果。

为了实现上述的技术特征，本发明采用的技术方案是：一种模拟各向同性片理角度下岩芯饼化现象的装置，它包括透明中空结构的侧限盒，侧限盒侧表面开设有多个槽口；侧限盒内部填充有模拟岩体层；模拟岩体层内埋设有多个压力传感器。

优选的，侧限盒的上表面开设有钻孔口。

优选的，模拟岩体层包括砂子和石膏；模拟岩体层内还添加有膨胀剂和磁性粉末。

优选的，压力传感器环绕在钻孔口正下方钻出的贯通槽孔周围。

优选的，模拟岩体层内埋设有多块片理模拟层；片理模拟层的尺寸与槽口相适应。

优选的，片理模拟层与水平面形成20°夹角的片理角度。

优选的，模拟各向同性片理角度下岩芯饼化现象的装置的使用方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1，用透明平板结构组装出侧限盒；在侧限盒顶部面板开设钻孔口，侧面板开设多个槽口；在钻孔口正下方投影出的钻探槽孔的四周设置多个环绕的压力传感器；压力传感器通过刚性导线固定住位置，并与外界的计算机连接；以°为片理角度在侧限盒内部预置多个涂抹好脱模剂的有机玻璃板，为片理模拟层预留浇筑空间；有机玻璃板的尺寸与槽口相匹配；

S2，向侧限盒中浇筑混合后的砂子、石膏、膨胀剂和磁性粉末，养护约10h~12h，然后从槽口抽出片理角度为20°的有机玻璃板；在原有机玻璃板的位置形成数个中空的预留浇筑空间；

S3，将岩石碎裂物与胶凝剂混合均匀，待胶凝剂完全溶解后，再将混合物灌入步骤2中形成的预留浇筑空间内，风干2h~5h，形成片理角度为20°的片理模拟层；片理模拟层与模拟岩体层共同组成模拟横观各向同性差异岩体；

S4，待膨胀剂凝固后，由压力传感器测出模拟横观各向同性差异岩体的内部应力大小；通过外加电磁场与模拟岩体层内的磁性粉末配合，微调内部应力饱和的状态；