توزيع الإجهاد أثناء ضغط الباردة من الصخور والركام المعدنية باستخدام المستندة إلى السنكروتروني حيود الأشعة السينية

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الجيوميكانيكا حول عمليات الضغط في الصخور. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح بالقياس الكمي للمجال المرن المحلي داخل الركام الصخري والمعدني. على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لتوزيع الإجهاد داخل العينات أثناء الضغط البارد ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على تقنيات أخرى مثل الضغط بدرجة حرارة عالية.

بشكل عام ، يكافح الأفراد الجدد في هذه الطريقة بسبب التحديات في تحضير العينة وتجميع الخلية. يصعب تعلم استعدادات تجميع العينات والخلايا بدون عرض مرئي بسبب مدى صغر وحساسية العينات الفردية وأجزاء تجميع الخلية. لبدء تحضير عينة من الركام المعدني ، قم بطحن حوالي 15 جراما من عينة صخرية أو مسحوق موجود مسبقا ، إلى حبيبات قطرها 4 ميكرون تقريبا باستخدام ملاط ومدقة ، أو أداة دوارة برأس طحن.

صب الحبوب المعدنية في عمود صب 20 سم يحتوي على الإيثانول. اسمح للحبوب بالاستقرار لمدة مناسبة لكثافتها. ثم قسم التعليق حسب الارتفاع إلى ثلاثة أكواب.

اترك محتويات الأكواب تجف في الهواء طوال الليل. قم بقياس متوسط قطر الحبوب لكل دفعة ، وحدد الدفعة التي يكون فيها متوسط قطر الحبوب أقرب إلى أربعة ميكرومترات. بعد ذلك ، قم بطحن نهايات قضيب الألومينا لتكون مسطحة بالتوازي في حدود 0.5 درجة.

قم بتنظيف القضيب في حلقة الألومينا عن طريق صوتنة في الإيثانول لمدة 10 ثوان. اترك المكونات تجف على مسح مهمة دقيقة. العمل على سطح نظيف ، قم بتغطية أحد طرفي الفتحة في مكعب تجميع خلية D-DIA بشريط لاصق.

أدخل غلاف نترات البورون في مكعب التجميع. ثم استخدم الملقط لتحريك حلقة الجرافيت في حلقة الألومينا على قضيب الألومينا. ضع قضيب الألومينا والحلقات في مكعب التجميع مع حلقة الجرافيت في الأسفل.

تأكد من استقرار القضيب والحلقات في قاع الفتحة مع ملامسة حلقة الجرافيت للشريط. حدد زاوية المكعب التي ستتماشى في النهاية مع شعاع الأشعة السينية الواردة. ثم قم بقص قطعة 1.5 ملم × 17 ملم من رقائق التنتالوم وقم بطيها على شكل حرف U.

أدخل الرقاقة في المكعب مع محاذاة الرقاقة بحيث يتم تقليل الإسقاط ثنائي الأبعاد للرقائق فيما يتعلق باتجاه شعاع الأشعة السينية. استخدم دبوسا للضغط برفق على ورق القصدير على حواف الفضاء. أدخل اللب الصخري المعد مسبقا أو العينة المرجعية للركام المعدني في مكعب تجميع الخلية.

ضع قطعة 1.7 ملم × 1 ملم من رقائق التنتالوم بشكل مسطح أعلى العينة المرجعية مع الجانب الطويل من الرقاقة بشكل عمودي على شعاع الأشعة السينية. بعد ذلك ، قم بتعبئة عينة الركام المعدني بعناية في مكعب تجميع الخلية باستخدام ملعقة صغيرة. اترك 1.4 ملم من المساحة في المكعب فوق العينة المعبأة.

قم بإزالة الحبوب الزائدة الملتصقة بجدران المساحة الأسطوانية بالهواء. استخدم دبوسا وفرجار للتأكد من الوصول إلى ارتفاع العينة النهائي. ضع قطعة أخرى مقاس 1.7 ملم × 1 ملم من رقائق التنتالوم على العينة المعبأة.

ثم قم بطحن أطراف قضيب ألومينا آخر لتكون مسطحة بالتوازي وتنظيف القضيب في حلقة الألومينا. استخدم الملقط لتناسب حلقة الألومينا وحلقة الجرافيت على القضيب. ضع القضيب على العينات بحيث تكون حلقة الجرافيت في الأعلى.

أخيرا ، أغلق قضيب الألومينا المكشوف في كل طرف من طرفي المكعب بأسمنت قائم على مسحوق الزركونيا ، مع الحرص على عدم استخدام الأسمنت الزائد. قم بقص رقائق التنتالوم المكشوفة بمجرد أن يجف الأسمنت. جمع وتحليل نمط الحيود من معيار الألومينا.

قم بإزالة معيار الألومينا وجمع طيف الأشعة السينية بالضغط المفتوح مع وقت تعرض يبلغ 500 ثانية لقياس الخلفية بدون تجميع العينة. بعد تنظيف السندان ، أدخل مجموعة العينة المعدة في وسط التجربة التي تم إعدادها ، مع التأكد من محاذاة شعاع الأشعة السينية بشكل صحيح. قم بخفض الأزواج المتعارضة من السندان الجانبي ببطء في وقت واحد.

ادفع السندان برفق إلى المحاذاة بحيث تكون السندان مستوية وتكون السندان السفلية والجانبية على اتصال بمجموعة العينة. ثم حرر مزلاج الأمان وأدخل الفاصل في المكبس الهيدروليكي. أغلق القفص وقم بتمكين الغالق للسماح لشعاع الأشعة السينية بالدخول إلى القفص.

قم بتشغيل مضخة الضغط المنخفض. ثم حرك الكبش العلوي لأعلى حتى يستقر على الفاصل. مسترشدا بالتصوير الشعاعي x في الوقت الفعلي ، تحرك ببطء وحذر لأعلى الكبش السفلي حتى تظهر السندان في الصورة الشعاعية.

اترك فجوة دقيقة حتى لا يتم تحميل العينة بشكل زائد قبل التجربة. بعد ذلك ، قم بإيقاف تشغيل جميع عناصر التحكم في وحدة التحكم في مضخة الضغط المنخفض وأغلق الصمام المضغوط. في برنامج التحكم في المضخة الهيدروليكية ذات الضغط العالي ، حرك مجموعة العينة بالتوازي مع الحزمة بحيث يتم محاذاة مركز عينة الركام المعدني مع علامة تركيز الحيود.

اجمع طيف حيود العينة بزمن تعرض يبلغ 500 ثانية. التقط صورة شعاعية بوقت تعريض ستة مللي ثانية. بعد ذلك، حرك التجميع لتوسيط العينة المرجعية لقلب الصخور في علامة تركيز الانعراج.

اكتساب طيف الحيود في صورة شعاعية في نفس الظروف. بعد ذلك ، ابدأ تشغيل محرك المضخة الهيدروليكية لدفع السندان إلى الداخل. اضبط الحمل المستهدف على 50 طنا وقم بتمكين التغذية الراجعة بمعدل ثانية واحدة وكسب 20.

اضبط الحد الأعلى للسرعة على سبعة لتحقيق أبطأ ضغط ممكن. تقوم محركات المضخة الهيدروليكية بدفع السندان إلى الداخل لتوفير الضغط لضغط الخلية التجريبية. في نافذة جمع البيانات ، حدد مواقع مرجع قلب الصخور في عينة الركام المعدني من حيث مواقع الصحافة x و y.

تأكد من ضبط وقت التعرض على 500 ثانية. اضبط عدد الدورات المطلوبة على الصفر، بحيث يتكرر جمع البيانات باستمرار. ثم ابدأ جمع البيانات.

مع تقدم الضغط، قم بتحديث العينة والمواقع المرجعية في البرنامج حسب الحاجة. عند الوصول إلى الحمل المستهدف ، أوقف جمع البيانات. اضبط الحد الأدنى للتحكم في السرعة على سالب 10 والحمل المستهدف على صفر طن لفك ضغط العينة.

تجميع أطياف الحيود يدويا في الصور الشعاعية للنواة والتجميع بعد التفريغ. ثم افتح الصمام المضغوط على لوحة المضخة ذات الضغط المنخفض. قم بتشغيل مضخة الضغط المنخفض ، وقم بخفض الكباش العلوية والسفلية حتى يضيء مصباح المؤشر السفلي.

حرك ذراع الفاصل إلى وضع الخارج وقم بدفع الكبش العلوي لأعلى حتى يتم تعشيق قفل الأمان. ثم قم بإيقاف تشغيل أدوات التحكم في وحدة التحكم في محرك المضخة. حرك السندان الجانبي ببطء للخارج يدويا وقم بإزالة مجموعة العينة.

عند ضغط الأمبين ، كانت أطياف الحيود لركام الكوارتز بحجم حبيبات يبلغ حوالي 4 ميكرومتر وعينة مرجعية نوفاكوليت بحجم حبيبات يتراوح من ستة إلى تسعة ميكرومتر متشابهة في الكثافة مع موضع النهاية. بدأ طيف الكوارتز الكلي في التوسع مع زيادة الضغط. استمرت ذروة الكوارتز في التوسع على جانب الطاقة الأعلى مع زيادة الضغط ، في حين أن شكل ذروة النوفاكوليت لم يتغير بشكل أساسي.

تحولت كل من مواضع ذروة الكوارتز والنوفاكوليت في اتجاه الطاقة الأعلى الذي يتوافق مع تباعد D المنخفض. أظهر مجموع الكوارتز قدرا كبيرا من الإجهاد التفاضلي في كل من الاتجاهين المحوري والعرضي ، مع ما يقرب من ضعف كمية الضغط في الاتجاه العرضي مقارنة بالاتجاه المحوري. يشير هذا إلى أن الاتجاه العرضي يدعم حمولة أكبر بكثير من الاتجاه المحوري.

يشير التوسع المتواضع على الجوانب منخفضة الطاقة لقمم الكوارتز المحورية والعرضية إلى أن كمية كبيرة من الحبوب ظلت خالية من الإجهاد في كلا الاتجاهين ، وهو ما لا يمكن أن يحدث إلا إذا كان لعدد كبير من الحبيبات جزء على الأقل من مساحة سطحها يحدها فراغات تدعم الضغط الصفري طوال التجربة. بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التجربة في غضون 16 ساعة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال ميكانيكا الصخور والفيزياء المعدنية والهندسة الجيوتقنية وعلوم المواد لاستكشاف توزيع الإجهاد في المواد ذات الأهمية.

أثناء محاولة هذا الإجراء ، تذكر أن تكون ملامسات السطح النهائي مسطحة بحيث يمكن توزيع الحمل المطبق بالتساوي عبر مساحة السطح بأكملها. باتباع هذا الإجراء ، يمكن استخدام هذه الطريقة لتطبيقات درجات الحرارة العالية وقياسات سرعة الصوت بالموجات فوق الصوتية لتحديد معلومات أخرى حول الخصائص الانسيابية والمرنة لداخل الأرض. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية توصيف توزيع الإجهاد المحلي داخل المجاميع المعدنية باستخدام جهاز تشوه متعدد السندان مع الإشعاع السيني السنكروترون.