一种反演岩石预制裂隙发育过程的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及岩石断裂力学、矿山岩体变形监测领域，具体设及一种反演岩石预制 裂隙发育过程的方法。
【背景技术】
[0002] 裂隙岩体是一种内部含有微裂纹、孔隙及节理裂隙等各种缺陷的材料，运些缺陷 影响了岩体力学性质及渗透特性。运些性质及特性的改变极大地影响着油、气、煤等矿山资 源安全开采和地下空间工程安全应用。因此，探寻岩石裂隙发育及裂纹传播过程对有效改 变岩体力学性质及渗透特性的关键。
[0003] 目前，国内外很多学者对观测煤、岩裂隙发育过程研制了一些装置及方法，专利 201410428556.0公开"一种矿井工作面顶底板采动破坏裂隙发育动态监测方法"，该方法首 先对矿井工作面采动围岩进行数值模拟，得到塑性区的分布范围，然后施工探测钻孔，布设 电极、测线采集数据，最后使用ansys有限元法计算软件对测得电性数据反演分析，此方法 是根据电性的变化判断顶板裂隙发育，应用于现场，包括数值模拟、现场钻孔施工、电法测 量和软件反演四个流程，要求设备多。专利201510210401.4公开"一种煤层采动裂隙发育程 度的测定装置W及测定方法"，该方法在不受采动影响区内施工增透措施孔和注水测试孔， 然后向孔内注水，若裂隙发育强度大，注水量大，水压下降快，反之则相反，通过水流量和水 压下降速度来评价煤层裂隙的发育程度的强弱。岩石裂隙发育后其电阻率、导水性能等发 生变化，现有的方法无论是通过红外线福射监测溫度、高密度电法测量电阻率还是通过测 量岩层钻孔密封段水的漏失量反演裂隙发育，在一定程度上受环境因素、工程背景因素等 影响，运些方法要求的设备多，流程多，监测数据相互间影响多，因此，所测结果具有较大的 离散性，也无法直观展现裂隙岩体裂纹扩展的形态。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种反演岩石裂隙发育过程的方法，该方法利用注色及借 助=维坐标，对岩石裂隙发育测量准确，并且可直观的反演裂隙发育过程。
[0005] 其技术解决方案包括：
[0006] -种反演岩石预制裂隙发育过程的方法，依次包括W下步骤：
[0007] a制备岩石试件并预制裂隙，
[000引将石膏、娃藻±和水混合均匀揽拌成浆液，将该浆液引流至模具中诱筑成型，得岩 石试件，在该岩石试件上预制裂隙；
[0009] b准备试验所需加压装置，
[0010] 所述加压装置包括密闭容器、位于所述密闭容器顶部和底部的加载压头，预制有 裂隙的岩石试件放置在所述密闭容器内，所述密闭容器底部的两端分别设置有注色入口和 注色出口；
[0011] C对预制有裂隙的岩石试件进行加压注色，所述加压注色包括第一阶段、第二阶 段 第N阶段，
[0012] 步骤1、第一阶段:开启加压装置，通过加载压头对预制有裂隙的岩石试件进行加 载，加载过程中预制有裂隙的岩石试件开裂，加载一段时间后，停止加载保压，从注色入口 注入A颜色染料，A颜色染料对已开裂的裂纹面着色，A颜色染料的注入时间为lOmin，注入完 成后将密闭容器内的A颜色染料排出；
[0013] 步骤2、接着进入第二阶段，开启加压装置对预制有裂隙的岩石试件进行加载，加 载过程中预制有裂隙的岩石试件开裂，加载一段时间后，停止加载保压，向注色入口注入B 颜色染料，B颜色染料对已开裂的裂纹面着色，B颜色染料的注入时间为lOmin，注入完成后 将加压装置内的B颜色染料排出；
[0014] 步骤3、按照步骤1和步骤2的方式继续加载注入C颜色染料、D颜色染料……直至完 成第N阶段，得加载注色后的岩石试件；
[0015] d对加载注色后的岩石试件进行预处理
[0016] 将加载注色后的岩石试件放置一段时间使染料变干，剥落该岩石试件表面残留的 颜色层；
[0017] e在步骤d所得岩石试件表面打线，选取坐标原点，建立Ξ维坐标网格；
[0018] f将步骤d所得岩石试件按照顺序切割成片，并对各个切片进行摆序排放和标注， 测量每个颜色坐标的位置，利用Mat lab或CADS维软件建立Ξ维图形；
[0019] g导入获得的坐标值，连接相同颜色点坐标形成线，将各阶段的裂纹面填充不同颜 色，完成裂隙发育反演。
[0020] 作为本发明的一个优选方案，密闭容器为圆柱体，圆柱体的顶盖和底盖与加载压 头的面积相等。
[0021] 作为本发明的另一个优选方案，步骤e中，Ξ维坐标网格是通过选择岩石试件的一 角为坐标原点，按照IcmX IcmX 1cm的网格划分岩石试件而成的。
[0022] 优选的，步骤a中岩石试件的尺寸为100mm X 100mm X 150mm。
[0023] 本发明所带来的有益技术效果：
[0024] 本发明反演岩石预制裂隙发育过程通过注色原理，即通过对不同阶段的裂纹面着 染不同颜色，辨识裂纹传播路径，该原理简单易懂，实用简便。
[0025] 与现有技术相比，该方法主要有W下五个优点：
[0026] (1)试验过程中预制有裂隙的试件在密封容器内，避免了外部环境和工程背景对 数据的影响；（2)颜料的注入、排出通过注色入口和注色出口即可完成，相比传统的红外监 巧。、注水等，本发明实验设备更加简单，设备种类也少；（3)通过对不同阶段注入不同颜色可 W直观展现试件内部裂隙发展的过程(路径、方向、深度）；（4)可W通过软件导入坐标即可 完成建模，模型建立简单；（5)注色染料和试件材料便宜，试验成本低。
[0027] 本发明方法通过注色、网格划分、切片、坐标获取、模型反演等过程，直观展现了试 件内部裂隙发育过程、程度。
【附图说明】
[0028] 下面结合附图对本发明做详细说明：
[0029] 图1为预制有裂隙的岩石试件加载状态示意图；
[0030]图2为岩石试件注入A中颜色(红色)效果示意图；
[0031 ]图3为岩石试件注入B中颜色(绿色)效果示意图；
[0032] 图4为岩石试件注入C中颜色(蓝色)效果示意图；
[0033] 图5为岩石试件注入D中颜色(紫色)效果示意图；
[0034] 图6为岩石试件网格坐标系划分示意图；
[0035] 图7为岩石试件第VI个切片图；
[0036] 图中，1、单轴压力机，1.1、加载压头(顶部），1.2、加载压头(底部），1.3、框架，2、密 封容器，2.1、注色入口管，2.2、注色出口管，2.3、顶盖，2.4、底盖，3、预制有裂隙的岩石试 件，4、预置裂隙。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
[0038] 结合图1所示，本发明的大体技术思想是:通过在自制的岩石试件上预制裂隙，然 后将它放置在密闭容器内，通过加压装置如单轴压力机1对其注压，通过与密闭容器底部的 注色入口和注色出口连通的注色入口管2.1和注色出口管2.2来完成颜料的注入和排出，通 过注入时间等参数的控制来得到注色后岩石试件，然后结合本学科的理论知识展开分析研 究，为方便控制颜料的注入量，在注色入口管2.1和注色出口管2.2上均设置有阀口来调节 控制。
[0039] 本发明反演岩石预制裂隙发育过程的方法，不同于现有技术中的注水或通过溫度 来观测，其是通过一种全新的方法注色来完成，下面对本发明主要改进点之处做详细说明。
[0040] 本发明岩石试件所采用的加压装置，可为单轴压力机1，如图1所示，单轴压力机1 包括框架13、顶部加载压头1.1和底部加载压头1.2,顶部加载压头1.1和底部加载压头1.2 与相应的动力加载装置连接，可实现对密闭容器的顶盖2.3和底盖2.4进行垂向加压。
[0041] 本发明所用的岩石试件，是通过下述方法制备得到的：
[0042