Kayalar ve Mineral toplamları x-ışını kırınım sinkrotron tabanlı kullanarak soğuk sıkıştırma sırasında stres dağıtım

Bu yöntem, jeomekanik alanındaki kayalardaki sıkıştırma işlemleriyle ilgili temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, kaya ve mineral agregaları içindeki yerel elastik alanın kantitatif ölçümüne izin vermesidir. Bu yöntem, soğuk sıkıştırma sırasında numuneler içindeki gerilim dağılımı hakkında bilgi sağlayabilse de, yüksek sıcaklıkta sıkıştırma gibi diğer tekniklere de uygulanabilir.

Genel olarak, bu yönteme yeni olan kişiler, numunenin hazırlanmasında ve hücre düzeneğinde yaşanan zorluklar nedeniyle mücadele eder. Numune ve hücre montajı hazırlıklarının, tek tek numunelerin ve hücre montajının parçalarının ne kadar küçük ve hassas olması nedeniyle görsel gösterim olmadan öğrenilmesi zordur. Bir mineral agrega numunesi hazırlamaya başlamak için, yaklaşık 15 gram bir kaya numunesini veya önceden var olan tozu, bir havan ve havaneli veya öğütme kafasına sahip bir döner alet kullanarak yaklaşık 4 mikron çapındaki tanelere öğütün.

Mineral tanelerini etanol içeren 20 santimetrelik bir dekantasyon kolonuna dökün. Tanelerin yoğunluklarına uygun bir süre oturmasına izin verin. Ardından süspansiyonu yüksekliğe göre üç behere bölün.

Beherlerin içeriğinin gece boyunca havada kurumasına izin verin. Her partinin ortalama tane çapını ölçün ve ortalama tane çapının dört mikrometreye en yakın olduğu partiyi seçin. Ardından, bir alümina çubuğun uçlarını 0,5 derece içinde paralel olarak düz olacak şekilde zımparalayın.

Çubuğu bir alümina halkasında 10 saniye boyunca etanol içinde sonikasyon ile temizleyin. Bileşenlerin hassas bir görev mendili üzerinde kurumasını bekleyin. Temiz bir yüzey üzerinde çalışarak, bir D-DIA hücre montaj küpündeki deliğin bir ucunu yapışkan bantla kapatın.

Montaj küpüne bir bor nitrat manşonu yerleştirin. Ardından, alümina halkasındaki bir grafit halkayı alümina çubuğunun üzerine kaydırmak için cımbız kullanın. Alümina çubuğu ve halkaları, grafit halka altta olacak şekilde montaj küpüne yerleştirin.

Çubuk ve halkaların, grafit halka bantla temas edecek şekilde deliğin dibine yerleştirildiğinden emin olun. Küpün, sonunda gelen x-ışını ışını ile hizalanacak köşesini işaretleyin. Daha sonra 1,5 milimetre x 17 milimetrelik bir tantal folyo parçası kesin ve U şeklinde katlayın.

Folyoyu, folyo hizalı olarak küpün içine yerleştirin, böylece folyonun 2D projeksiyonu x-ışını ışını yönüne göre en aza indirilir. Folyoyu boşluğun kenarlarına hafifçe bastırmak için bir pim kullanın. Önceden hazırlanmış kaya çekirdeği veya mineral agrega referans örneğini hücre montaj küpüne yerleştirin.

1.7 milimetreye 1 milimetrelik bir tantal folyo parçasını, folyonun uzun tarafı x-ışını ışınına dik olacak şekilde referans numunenin üzerine düz bir şekilde yerleştirin. Ardından, mineral agrega örneğini küçük bir spatula kullanarak hücre montaj küpüne dikkatlice paketleyin. Paketlenmiş numunenin üzerindeki küpte 1,4 milimetre boşluk bırakın.

Silindirik boşluğun duvarlarına yapışan fazla taneleri hava ile nazikçe çıkarın. Son s'yi doğrulamak için bir pim ve kaliperler kullanın.ampyükseklik ulaşıldı. Paketlenmiş numunenin üzerine 1,7 milimetre x 1 milimetre tantal folyo parçası daha yerleştirin.

Daha sonra başka bir alümina çubuğun uçlarını paralel olarak düz olacak şekilde zımparalayın ve çubuğu bir alümina halkasında temizleyin. Alümina halkayı ve bir grafit halkayı çubuğa takmak için cımbız kullanın. Çubuğu, grafit halka üstte olacak şekilde numunelerin üzerine yerleştirin.

Son olarak, küpün her iki ucundaki açıkta kalan alümina çubuğu, fazla çimento kullanmamaya dikkat ederek zirkonya tozu bazlı bir çimento ile kapatın. Çimento kuruduktan sonra açıkta kalan tantal folyoyu kesin. Bir alümina standardından bir kırınım modeli toplayın ve analiz edin.

Alümina standardını çıkarın ve numune düzeneği olmadan arka planı ölçmek için 500 saniyelik bir maruz kalma süresine sahip açık bir pres x-ışını spektrumu toplayın. Örsleri temizledikten sonra, hazırlanan numune düzeneğini, x-ışını ışını ile düzgün şekilde hizalandığından emin olarak deney düzeneğinin merkezine yerleştirin. Karşıt yanal örs çiftlerini aynı anda yavaşça indirin.

Örsleri düz olacak ve alt ve yan örsler numune düzeneği ile temas edecek şekilde örsleri yavaşça hizaya itin. Ardından emniyet mandalını serbest bırakın ve ara parçayı hidrolik prese yerleştirin. Kulübeyi kapatın ve deklanşörün x-ışını ışınının kulübeye girmesine izin vermesini sağlayın.

Düşük basınç pompasını açın. Ardından üst şahmerdanı, ara parçaya dayanana kadar yukarı doğru hareket ettirin. Gerçek zamanlı x-radyografik görüntüleme rehberliğinde, radyografide örsler görünene kadar alt şahmerdanı yavaş ve dikkatli bir şekilde yukarı doğru hareket ettirin.

Deneyden önce numunenin aşırı yüklenmemesi için ince bir boşluk bırakın. Ardından, düşük basınç pompası kontrol cihazındaki tüm kontrolleri kapatın ve basınçlı vanayı kapatın. Yüksek basınçlı hidrolik pompa kontrollü yazılımda, mineral agrega numunesinin merkezi kırınım odak işareti ile hizalanacak şekilde numune düzeneğini kirişe paralel olarak hareket ettirin.

500 saniyelik bir maruz kalma süresi ile numunenin bir kırınım spektrumunu toplayın. Altı milisaniye pozlama süresine sahip bir radyografi çekin. Ardından, kaya çekirdeği referans örneğini kırınım odak işaretinde ortalayacak şekilde düzeneği hareket ettirin.

Aynı koşullar altında bir radyografide kırınım spektrumu elde edin. Ardından, örsleri içeri doğru sürmek için hidrolik pompa motorunu çalıştırın. Hedef yükü 50 ton olarak ayarlayın ve bir saniye ve 20 kazanç ile geri bildirim sağlayın.

Mümkün olan en yavaş sıkıştırmayı elde etmek için hızın üst sınırını yediye ayarlayın. Hidrolik pompa motorları, deney hücresinin sıkıştırılması için basınç sağlamak üzere örsleri içe doğru hareket ettirir. Veri toplama penceresinde, mineral agrega numunesindeki kaya çekirdeği referansının konumlarını x ve y pres konumları cinsinden tanımlayın.

Pozlama süresinin 500 saniye olarak ayarlandığından emin olun. Veri toplamanın sürekli olarak tekrarlanması için gereken döngü sayısını sıfıra ayarlayın. Ardından veri toplamaya başlayın.

Sıkıştırma ilerledikçe, yazılımdaki örnek ve referans konumlarını gerektiği gibi güncelleyin. Hedef yüke ulaştığınızda veri toplamayı durdurun. Numuneyi açmak için hız kontrolünün alt sınırını eksi 10'a ve hedef yükü sıfır tona ayarlayın.

Boşaltmayı takiben çekirdek ve toplama için radyografilerde kırınım spektrumlarını manuel olarak toplayın. Ardından, düşük basınçlı pompa panelindeki basınçlı vanayı açın. Düşük basınç pompasını açın ve aşağı gösterge lambası yanana kadar üst ve alt tokmakları indirin.

Ara kolu çıkış konumuna getirin ve güvenlik kilidi yerine oturana kadar üst şahmerdanı yukarı doğru sürün. Ardından, pompa motoru kontrol ünitesindeki kontrolleri kapatın. Yanal örsleri manuel olarak yavaşça dışa doğru hareket ettirin ve numune düzeneğini çıkarın.

Ambien basıncında, tane boyutu yaklaşık 4 mikrometre olan bir kuvars agregasının ve tane boyutu altı ila dokuz mikrometre olan novakülit referans numunesinin kırınım spektrumları, son konum ile yoğunluk bakımından benzerdi. Kuvars agrega spektrumu artan basınçla genişlemeye başladı. Kuvars tepesi, basınç arttıkça daha yüksek enerji tarafında genişlemeye devam ederken, novakülit tepe şekli esasen değişmedi.

Hem kuvars hem de novakülit tepe konumları, daha düşük D aralığına karşılık gelen daha yüksek enerji yönünde kaymıştır. Kuvars agregası, hem eksenel hem de enine yönlerde önemli miktarda diferansiyel gerilim gösterdi ve enine yönde eksenel yöne göre neredeyse iki kat daha fazla gerilim miktarı gösterdi. Bu, enine yönün eksenel yönden önemli ölçüde daha büyük bir yükü desteklediğini gösterdi.

Kuvarsın düşük enerjili taraflarındaki mütevazı genişleme, eksenel ve enine tepeler, tanelerin önemli bir miktarının her iki yönde de gerilimsiz kaldığını gösterdi, bu da ancak önemli sayıda tanenin yüzey alanlarının en azından bir kısmının boşluklarla sınırlanması durumunda meydana gelebilir. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu deney düzgün bir şekilde yapılırsa 16 saat içinde yapılabilir. Geliştirildikten sonra bu teknik, kaya mekaniği, mineral fiziği, jeoteknik mühendisliği ve malzeme bilimi alanındaki araştırmacıların ilgilenilen malzemelerdeki gerilme dağılımını keşfetmelerinin yolunu açtı.

Bu prosedürü denerken, uygulanan yükün tüm yüzey alanına eşit olarak dağıtılabilmesi için uç yüzey temaslarının düz olmasını unutmayın. Bu prosedürü takiben, bu yöntem, dünyanın iç kısmının reolojik ve elastik özellikleri hakkında diğer bilgileri belirlemek için yüksek sıcaklık uygulamaları ve ultrasonik ses hızı ölçümleri için kullanılabilir. Bu videoyu izledikten sonra, senkrotron x-radyasyonu ile çok örslü bir deformasyon aparatı kullanarak mineral agregaları içindeki yerel stres dağılımının nasıl karakterize edileceğini iyi anlamış olmalısınız.