本發(fā)明涉及巖土工程試驗，具體涉及一種巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法及試驗用巖樣。

背景技術：

1、巖溶區(qū)非均質巖組是指考慮溶蝕作用造成的溶蝕程度、溶蝕構造尺寸及空間分布等溶蝕特征差異而劃分的碳酸鹽巖巖組，該類非均質巖組分布于巖溶區(qū)建設的水電工程庫區(qū)、壩區(qū)，由于溶蝕作用的影響，此地區(qū)的巖體具有明顯的非均質特征，對巖溶區(qū)巖體的力學性質起著決定性的影響。

2、而巖樣是采取試驗途徑探究巖體力學性質的重要基礎，但是因溶蝕作用的復雜性及采樣制樣的困難，難以采取并制作具有特定溶蝕特征的巖體試樣進行力學試驗。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提出一種巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法及試驗用巖樣，旨在解決上述問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法包括以下步驟：

3、步驟s1、分析巖溶區(qū)中以溶孔為主的非均質巖組的溶蝕特征，以獲取溶蝕特征參數(shù)，所述溶蝕特征參數(shù)至少包括所述非均質巖組的溶蝕率、溶孔尺寸變異系數(shù)以及空間分布不均系數(shù)；

4、步驟s2、根據(jù)相似原理制備多個巖樣單元體；

5、步驟s3、采用具有多種粒徑的多個泡沫顆粒表征所述非均質巖組中待表征巖體的溶蝕孔洞，并根據(jù)所述非均質巖組的溶蝕特征參數(shù)確定每種粒徑泡沫顆粒的數(shù)量和空間分布，其中，所述泡沫顆粒的制備材料包括聚苯乙烯；

6、步驟s4、將各所述巖樣單元體和其對應數(shù)量的泡沫顆?；旌希⒒旌嫌信菽w粒多個巖樣單元體放入模具內成型，得到所述待表征巖體的試驗用巖樣。

7、進一步地，所述步驟s1具體包括：

8、步驟s11、在所述巖溶區(qū)內選取部分區(qū)域作為采樣區(qū)；

9、步驟s12、對所述采樣區(qū)內以溶孔為主的非均質巖組進行地質勘察和分析，確定所述采樣區(qū)內非均質巖組的溶蝕特征參數(shù)。

10、進一步地，所述步驟s2具體包括：

11、步驟s21、根據(jù)相似原理，確定所述巖樣單元體的相似原料；

12、步驟s22、采用n份所述相似原料制備n個所述巖樣單元體，且n≥2。

13、進一步地，所述相似原料至少包括水泥、微硅粉、石英砂、鐵粉、聚羧酸早強減水劑、消泡劑和純凈水。

14、進一步地，所述步驟s3具體包括：

15、步驟s31、根據(jù)所述溶蝕率確定所述泡沫顆粒的總體積；

16、步驟s32、根據(jù)所述采樣區(qū)的地質勘察分析結果，確定所述泡沫顆粒的種數(shù)以及每種泡沫顆粒的粒徑，并結合所述溶蝕率和所述溶孔尺寸變異系數(shù)確定每種粒徑泡沫顆粒的數(shù)量；

17、步驟s33、根據(jù)所述空間分布不均系數(shù)確定各所述巖樣單元體中每種粒徑泡沫顆粒的數(shù)量。

18、進一步地，所述步驟s31具體包括：

19、基于總體積計算公式，根據(jù)所述溶蝕率計算得到所述泡沫顆粒的總體積，其中，所述總體積計算公式為：

20、vk＝v×k；

21、式中，vk為泡沫顆粒的總體積；

22、v為待表征巖樣的體積；

23、k為溶蝕率。

24、進一步地，所述步驟s32具體包括：

25、確定所述泡沫顆粒的種數(shù)以及每種泡沫顆粒的粒徑，并根據(jù)第一泡沫顆粒數(shù)量計算公式計算得到每種粒徑泡沫顆粒的數(shù)量，其中，所述第一泡沫顆粒數(shù)量計算公式為：

26、

27、式中，cov為溶孔尺寸變異系數(shù)；

28、vk為多個泡沫顆粒的總體積，且vk＝v×k，其中，v為待表征巖樣的體積，k為溶蝕率；

29、δ為泡沫顆粒的粒徑標準差；

30、μ為泡沫顆粒粒徑的平均值；

31、x為泡沫顆粒的粒徑；

32、m為每種粒徑泡沫顆粒的數(shù)量。

33、進一步地，所述步驟s33具體包括：

34、基于第二泡沫顆粒數(shù)量計算公式，根據(jù)所述空間分布不均系數(shù)確定各所述巖樣單元體中每種粒徑泡沫顆粒的數(shù)量，其中，所述第二泡沫顆粒數(shù)量計算公式為：

35、

36、式中，u為空間分布不均系數(shù)；

37、s0為n份相似原料中泡沫顆粒數(shù)量的標準差；

38、smax為標準差的最大值；

39、smin為標準差的最小值，值為0；

40、a為每個巖樣單元體內該種粒徑泡沫顆粒的數(shù)量；

41、a為每種粒徑泡沫顆粒的總數(shù)量；

42、a/n為每種粒徑泡沫顆粒在每個巖樣單元體內中數(shù)量的平均值。

43、進一步地，所述步驟s4具體包括：

44、步驟s41、將各所述巖樣單元體和其對應數(shù)量的泡沫顆粒攪拌混合；

45、步驟s42、將加入所述泡沫顆粒的多個巖樣單元體放入模具中成型，并采用塑料薄膜覆蓋表面靜置；

46、步驟s43、脫模并養(yǎng)護，得到所述試驗用巖樣。

47、本發(fā)明還提供一種巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣，其特征在于，所述巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣采用巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法制備。

48、本發(fā)明的技術方案中，所述試驗用巖樣由多個巖樣單元體和具有多種粒徑的多個泡沫顆粒混合制備而成，其中，所述巖樣單元體按照相似原理制備，所述泡沫顆粒的制備材料包括聚苯乙烯，質輕，尺寸較小，可滿足溶蝕孔洞尺寸模擬需求，因此，采用具有多種粒徑的多個泡沫顆粒模擬所述待表征巖體中的溶蝕孔洞，且每種粒徑泡沫顆粒的數(shù)量和空間分布根據(jù)所述非均質巖組的溶蝕特征參數(shù)確定，即采用溶蝕率、溶孔尺寸變異系數(shù)及空間分布不均勻系數(shù)三個參數(shù)來表征和量化非均質巖組各階段溶蝕作用導致的非均質特征，具體的，根據(jù)非均質巖組的溶蝕率來表征溶蝕作用的程度，根據(jù)非均質巖組的變異系數(shù)來表征溶蝕孔洞的尺寸離散程度，根據(jù)非均質巖組的不均勻系數(shù)來表征溶蝕孔洞的空間分布，如此制備得到的試驗用巖樣具有溶蝕特征，解決了巖溶區(qū)非均質巖組溶蝕特征難以表征以及難以獲取合適溶蝕巖樣進行力學試驗的問題，能夠有效優(yōu)化巖溶區(qū)巖樣試驗的精準度，為巖溶區(qū)非均質巖組力學特性研究提供了更為科學的方法。另外，采用的泡沫顆粒成本低，操作簡單，可以批量制作。

技術特征：

1.一種巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法，其特征在于，所述步驟s1具體包括：

3.如權利要求1所述的巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法，其特征在于，所述步驟s2具體包括：

4.如權利要求3所述的巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法，其特征在于，所述相似原料至少包括水泥、微硅粉、石英砂、鐵粉、聚羧酸早強減水劑、消泡劑和純凈水。

5.如權利要求3所述的巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法，其特征在于，所述步驟s3具體包括：

6.如權利要求5所述的巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法，其特征在于，所述步驟s31具體包括：

7.如權利要求5所述的巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法，其特征在于，所述步驟s32具體包括：

8.如權利要求5所述的巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法，其特征在于，所述步驟s33具體包括：

9.如權利要求5所述的巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法，其特征在于，所述步驟s4具體包括：

10.一種巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣，其特征在于，所述巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣采用如權利要求1-9中任一項所述的巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法制備。

技術總結
本發(fā)明公開一種巖溶區(qū)非均質巖組試驗用巖樣的制作方法及試驗用巖樣，涉及巖土工程試驗領域，方法包括：分析巖溶區(qū)中以溶孔為主的非均質巖組的溶蝕特征，獲取溶蝕特征參數(shù)，溶蝕特征參數(shù)至少包括溶蝕率、溶孔尺寸變異系數(shù)及空間分布不均系數(shù)；根據(jù)相似原理制備多個巖樣單元體；采用具有多種粒徑的多個泡沫顆粒表征非均質巖組中待表征巖體的溶蝕孔洞，并根據(jù)非均質巖組的溶蝕特征參數(shù)確定每種粒徑泡沫顆粒的數(shù)量和空間分布，其中，所述泡沫顆粒的制備材料包括聚苯乙烯；將各巖樣單元體和其對應數(shù)量的泡沫顆粒混合，并將混合有泡沫顆粒多個巖樣單元體放入模具內成型，得到試驗用巖樣；試驗用巖樣具有溶蝕特征，能夠有效優(yōu)化巖溶區(qū)巖樣試驗的精準度。

技術研發(fā)人員：任少文,蔡玉娟,蔡靜森,王友恒,劉奕燾,劉鍇,楊富康,唐烈華
受保護的技術使用者：中國地質大學（武漢）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2