Diseño del plan experimental

1. Contenido del experimento

Considerando el efecto del ciclo de "remojo-aire-secado" en muestras de roca bajo diferentes condiciones de elevación de agua del yacimiento, se realizaron pruebas uniaxiales o de tres ejes en cada período. Se llevaron a cabo experimentos axiales para obtener las reglas de influencia sobre los parámetros mecánicos del macizo rocoso bajo diferentes condiciones de subida y bajada del nivel del agua, y las reglas de degradación de los parámetros mecánicos bajo diferentes períodos del ciclo de "remojo-aire-secado".

2. Muestras de roca de prueba

La arenisca utilizada en la prueba se tomó del deslizamiento de tierra de Baishuihe en la ciudad de Ziguisha, el área del embalse de las Tres Gargantas, y es la arenisca de la Formación Shaximiao en el Jurásico Superior. Se extrajeron trozos de roca más grandes de la misma formación rocosa, se cortaron en trozos pequeños en el sitio y se transportaron de regreso al laboratorio para tomar muestras de núcleos. De acuerdo con el "Estándar para métodos de prueba de masa rocosa de ingeniería" (GB/T50266-99), "Procedimientos de prueba de rocas para conservación de agua e ingeniería hidroeléctrica" ​​(SL264-2001) y los estándares recomendados de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas, también cumple la prueba triaxial del sistema de prueba de mecánica de rocas RMT-150C De acuerdo con los requisitos de especificación de la muestra de roca, se fabricaron muestras cilíndricas con un tamaño de Φ50 mm × 100 mm mediante un corte cuidadoso. La precisión de la muestra cumple estrictamente con los requisitos de la especificación: desviación de altura y diámetro ≤±0,3 mm y desigualdad de ambos extremos de la muestra ≤±0,05 mm (Figura 5-1).

El resultado de la identificación del mineral de roca es arenisca de cuarzo de grano medio sericita (Figura 5-2), con una estructura de cementación calcárea porosa y una estructura arenosa de grano medio con una estructura metamórfica de escala fina en la matriz. Las rocas están compuestas por cuarzo, feldespato, fragmentos de roca, mica, etc. Los componentes clásticos incluyen clastos de pedernal, de forma subangular a subredondeada, tamaño de partícula de 0,3 mm, que representan el 10 %; clastos de cuarzo, de forma subangular a subredondeada, distribuidos uniformemente, tamaño de partícula de 0,3 ~ 0,5 mm, que representan el 80 %. , representando el 10%.

Figura 5-1 Muestra de roca

Figura 5-2 Microestructura de roca

Plan experimental

Considere diferentes niveles de agua y remojo. condiciones, así como las reglas de deterioro de la resistencia de la roca durante el proceso del ciclo "secado al aire-saturación". Después de un ciclo de inmersión, las muestras fueron sometidas a pruebas de ondas acústicas y rebote. La resistencia de las muestras de roca en diferentes períodos, diferentes condiciones de presión de agua y diferentes presiones de confinamiento se obtuvo mediante pruebas triaxiales, y el patrón de deterioro de la resistencia de la arenisca. Se analizaron las muestras después de la inmersión. El proceso de prueba específico se muestra en la Figura 5-3.

Figura 5-3 Proceso experimental de interacción agua-roca en condiciones de agua de yacimiento

Considere seis planes de proceso de ciclo de "saturación-secado al aire", el período de remojo es de 30 días y el El período de secado al aire natural es de cinco días y luego vuelva a colocar la muestra secada al aire en el instrumento para continuar en remojo, que es un ciclo, como se muestra en la Figura 5-4.

Figura 5-4 Prueba del ciclo "Secado al aire-remojo"

Considere tres esquemas de elevación e inmersión del nivel de agua y diseñe tres condiciones de nivel de agua, presión de agua de 0, 8 MPa (80 m). elevación), presión de agua de 0,4 MPa (elevación de 40 m), presión de agua de 0,0 MPa (sin elevación). Cada período de muestreo tiene una duración de 30 días, siendo los primeros 10 días de elevación hasta el nivel de agua de diseño, los 10 días intermedios siendo el período de estabilización del nivel de agua y los últimos 10 días siendo el período de disminución del nivel de agua, como se muestra en 5-5. .

Figura 5-5 Diferentes planes de prueba de inmersión y elevación del nivel de agua

IV. Instrumentos necesarios para la prueba

1. /p >

La máquina perforadora se utiliza para perforar núcleos de roca cilíndricos de Φ50 mm, con una profundidad de muestreo máxima de 630 mm. El balancín se eleva y baja manualmente y está equipado con un dispositivo de sujeción tipo tigre; se utiliza junto con la máquina perforadora, como se muestra en la Figura 5-6. La muestra producida en este artículo es una muestra estándar cilíndrica de Φ50 mm × 100 mm.

Figura 5-6 Máquina perforadora y cortadora de rocas

2. Probador de rebote de rocas HT225 WB

El probador de rebote es un tipo de probador de rebote de rocas que mide. propiedades de resistencia y El principio básico del instrumento de medición de propiedades elásticas es utilizar el resorte de tensión del medidor de rebote para impulsar el martillo pesado en el instrumento para golpear la superficie de la roca. Un golpe de martillo en la superficie de prueba obtiene la fuerza de retorno del. martillo pesado. La energía restante es la distancia de retorno, que es el valor de la bomba (N). Según el valor de rebote y la resistencia de la roca, la relación empírica entre los dos se puede establecer directamente. Cuando el valor de N es mayor, indica que la resistencia de la roca es mayor; cuando el valor de N es menor, indica que la resistencia de la roca es. bajo. Este artículo utiliza un martillo de rebote para probar el valor de rebote de muestras de roca y probar la resistencia de la roca.

3. Analizador de pruebas ultrasónico no metálico NM-4A

El analizador de pruebas ultrasónico no metálico NM-4A se utiliza principalmente para detectar la resistencia, la profundidad de la grieta, la homogeneidad del hormigón y la capa de daño. espesor, espesor del concreto, integridad del pilote, defectos internos estructurales y defectos internos de tubos de acero rellenos de concreto. El método de medición del NM-4A es el siguiente: coloque la muestra de roca a medir entre dos sondas con cristales piezoeléctricos, una sonda sirve como fuente de ondas sonoras de pulso repetitivo y la otra sonda sirve como receptor de pulso. Presurice la sonda de manera uniforme y adecuada para que haga contacto cercano con la muestra de roca. Después de que la microcomputadora procese los pulsos emitidos y recibidos por la sonda, el tiempo de propagación (T) entre las dos sondas se puede mostrar en la pantalla. Según la longitud de la muestra de roca, se puede calcular la velocidad de propagación de las ondas sonoras a través de la muestra de roca; cada muestra de roca se mide varias veces y finalmente se toma el valor promedio como la velocidad de propagación de las ondas sonoras de la muestra de roca.

Figura 5-7 Máquina de pruebas RMT-150C

4 Sistema de pruebas de mecánica de rocas RMT-150C (Figura 5-7)

Mecánica de rocas RMT-150C El sistema de prueba está controlado por servo y tiene tres modos de control: control de desplazamiento, control de carrera y control de carga; se utiliza principalmente para pruebas de propiedades mecánicas de materiales como roca y concreto; puede completar compresión uniaxial, tensión indirecta uniaxial, compresión triaxial y; Ensayos de corte y otros ensayos de mecánica de rocas. Este artículo se utiliza principalmente para pruebas de compresión en muestras de rocas. Prueba uniaxial: controlada por desplazamiento axial, la tasa de carga es de 0,002 mm/s; prueba triaxial: la fuerza axial se controla primero mediante la fuerza y ​​la presión de confinamiento se cargan juntas, la tasa de fuerza axial es de 0,1 kN/s y la presión de confinamiento. está cargado La velocidad es 0.05MPa/s, y luego el desplazamiento se usa para el control, y la velocidad de carga es 0.002mm/s.

5. Perfectamente combinado, es un instrumento muy utilizado en geología, minerales, metalurgia y otros departamentos. El microscopio polarizador XP-203E se puede utilizar para observación con polarización simple, observación con polarización cruzada, observación conoscópica y microfotografía. El sistema de microscopio polarizador computarizado (XP-203E) consta de los siguientes componentes: microscopio polarizador, lente adaptadora, cámara (CCD), A/D (adquisición de imágenes) y computadora.

Figura 5-8 Sistema de microscopio polarizador XP-203E

6 Probador de disolución de rocas YRK-1 (Figura 5-9, Figura 5-10, Figura 5-11)

En la actualidad, la mayoría de los estudios experimentales sobre la interacción agua-roca se llevan a cabo en condiciones de presión normales. Pocas personas consideran y estudian experimentos de interacción agua-roca en condiciones de presión del agua del yacimiento y condiciones de fluctuación del nivel del agua, y no existe ningún instrumento. Plataforma experimental que puede simular el mecanismo de interacción agua-roca bajo diferentes condiciones de presión.

Figura 5-9 Diagrama estructural del instrumento de disolución de roca presurizada

Figura 5-10 Vista superior de la cámara de presión de agua

Figura 5-11 Caja de control

El probador de disolución de rocas YRK-1 es un probador de disolución de rocas desarrollado para este experimento para simular la presión del agua del yacimiento y las condiciones de subida y bajada del agua del yacimiento. El instrumento se presentará en detalle a continuación.

(1) Desarrollo de un instrumento que simula las condiciones de presión del agua del yacimiento

Este instrumento experimental es un dispositivo experimental que simula la interacción agua-roca bajo las condiciones de presión del agua del yacimiento, simulando el almacenamiento de agua. El entorno de presión del agua del cuerpo de roca (suelo) del banco trasero del depósito, a través de experimentos de inmersión que consideran la interacción roca-agua bajo diferentes condiciones de presión de agua y aumento y caída del nivel del agua, tiene como objetivo estudiar la interacción agua-roca y las características de daño mecánico debajo del depósito. condiciones del agua. Para lograr el propósito anterior, este instrumento se compone de una cámara de disolución de roca (cámara de presión), un sistema de control de simulación de agua dinámico y estático, un sistema de control de presión, una tira sensora de presión, etc.

Cámara de presión de agua: Compuesta principalmente por una base, una cámara de presión de agua cilíndrica y una placa de cubierta. Hay ocho pernos de refuerzo distribuidos entre la placa base y la placa de cubierta. la base a través de arandelas de sellado y entre las placas de cubierta. La cámara de presión de agua está fabricada en acero inoxidable y plexiglás para soportar una mayor presión.

Sistema de control de presión: consta de un sistema de transmisión de presión interno y un sistema de control de presión externo.

Se instala una tira sensora de presión en la parte inferior de la cámara de presión de agua para conectarla al sistema de control de presión externo. La tira sensora de presión está conectada al sistema de control de presión externo. El sistema de control de presión externo consta de un dispositivo de suministro de presión, un alta. -Manómetro de precisión y tubería de transmisión de presión. La presión de 15 MP se convierte en una presión de 0 ~ 1,4 MP (rango de medición) a través de un manómetro de alta precisión y se transmite a la correa de detección de presión (estado de presión estable). transmitido al agua a través de la correa de detección de presión, controlando así la presión del agua en la cámara de presión de agua para cumplir con el estado de presión alcanzado por los requisitos experimentales.

Sistema de control de simulación de agua dinámica y estática: Este sistema consta de una fuente de alimentación regulada, un motor DC y un impulsor. El motor de CC está instalado en la parte inferior de la placa inferior de la cámara de presión de agua y está conectado al impulsor dentro de la cámara de presión de agua a través del eje giratorio. También se pueden simular las características de disolución de las rocas en condiciones dinámicas de agua y, al mismo tiempo, se pueden simular aún más las características de disolución de las rocas en diferentes condiciones dinámicas de agua mediante el control. la velocidad del motor de corriente continua. Combinado con el sistema de control de presión, puede simular aún más la interacción agua-roca bajo el estado de presión del agua del yacimiento (con un cierto caudal). Al mismo tiempo, se instala un puerto de recolección de muestras de agua en la parte inferior de la cámara de presión de agua para estudiar las características de disolución de la roca mediante el análisis de muestras de agua.

(2) Pasos de operación del instrumento de disolución de rocas

a. Coloque la muestra en la cámara de presión. Primero, coloque las muestras de roca preparadas en la cámara de presión de agua y colóquelas en posición vertical u horizontal en capas, cubra la cubierta y apriete los pernos de refuerzo para fijarla;

b. La cámara de presión se llena de agua. Inyecte agua en la cámara de presión de agua a través del tubo de entrada de agua. Durante la inyección de agua, abra el tornillo de purga para eliminar el aire de la cámara de presión de agua hasta que el agua desborde el tubo de inyección de agua. Cierre el tubo de entrada de agua y apriete el tornillo de purga. .

c.Controlar la presión del agua en la cámara de presión. Conecte el sistema de control de presión externo y el sistema de control de presión interno. Después de confirmar que la conexión está completa, suelte completamente la válvula reguladora de presión de la fuente de aire en la caja de control principal (atorníllela en la posición más floja) y coloque la válvula de purga en la posición más floja. posición "abierta". Gire lentamente la válvula reguladora de presión de la fuente de gas para ajustar la presión de acuerdo con los requisitos experimentales y transmita la presión al agua a través del dispositivo de transmisión de presión a través del sistema de presión externo para garantizar que la interacción agua-roca se lleve a cabo bajo cierta cantidad de agua del yacimiento. condiciones.

d.Sacar la muestra. Después de completar un ciclo experimental (requerido por el proceso experimental) y antes de obtener la muestra, primero cierre la fuente principal de gas (botella de nitrógeno), ajuste la válvula de acuerdo con el proceso de prueba para reducir lentamente la presión de la fuente de gas, abra la válvula de purga y tornillo de purga y se libera el gas residual. Abra el puerto de recolección de muestras de agua y obtenga suficientes muestras de agua para su análisis. Tomar muestras de rocas para el análisis correspondiente.

(3) Características del probador de disolución de rocas

Las ventajas de este instrumento son: estructura simple, fácil de operar, seguro y confiable, y puede simular diferentes presiones de agua del macizo rocoso. en el entorno del área del embalse, mantener o ajustar el estado de la presión del agua según sea necesario para simular el aumento y la caída del nivel del agua del embalse; establecer sistemas de control de simulación de agua dinámicos y estáticos para simular la perturbación del agua del embalse; instalar tuberías de entrada de agua para analizar los cambios; en la concentración de iones.

Este instrumento puede simular el entorno acuático de las rocas en condiciones de elevación del agua del yacimiento y condiciones de presión del agua, y proporciona una plataforma experimental interior para estudiar el mecanismo de interacción agua-roca y las propiedades mecánicas en condiciones del agua del yacimiento.