斷續(xù)無充填裂隙巖石試樣模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種類巖石試樣的制作方法，尤其是一種能考慮巖體內(nèi)部裂隙無充填條件的巖石試樣的制作方法，適用于試驗研宄無充填裂隙發(fā)育特征對巖體物理力學(xué)性質(zhì)影響的場合。
【背景技術(shù)】
[0002]巖體中裂隙面的存在破壞了自身的完整性和連續(xù)性，巖體的強度要遠低于巖石強度。由于裂隙面的幾何形狀、充填性質(zhì)與空間展布規(guī)律的不同，導(dǎo)致了巖體的強度、變形特性存在明顯的差異性。
[0003]目前，試驗研宄是分析含裂隙巖體的變形與強度特性的重要研宄手段。但考慮到天然巖石試樣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與取樣難度，一般很難通過真實的巖石試樣對其的力學(xué)變形特性與破壞規(guī)律進行研宄。另外，野外含裂隙巖體取樣代表性很難控制，在定量分析裂隙對巖塊綜合物理性質(zhì)影響時，試樣存在隨機性與不可重復(fù)性，進而影響了試驗結(jié)果的規(guī)律分析與總結(jié)。因此，國內(nèi)外學(xué)者大都采用制作含裂隙巖石試樣模型來替代天然巖石試樣，進行相關(guān)試驗研宄。如何制作含裂隙巖石試樣已發(fā)展成為巖體力學(xué)試驗領(lǐng)域的重點和難點。
[0004]21世紀以來，研宄者們對含裂隙巖石試樣模型的方法與工藝進行了深入細致的探索，并取得了卓越的試驗研宄成果，其具有代表性的無充填裂隙巖石模型制樣裝置或方法簡介如下:
[0005](I) 2012年，公開號為CN 102519767A的中國發(fā)明專利申請《一種制作類巖石試塊裂隙面的模具》中，公開了一種由滑槽、鋼片定位桿、量角器、滑桿和鋼片組成的制作類巖石試塊裂隙面的模具，突出了通過調(diào)節(jié)鋼片的空間位置模擬巖體中裂隙的位置，抽出鋼片后形成無充填裂隙。
[0006](2) 2013年，公開號為CN 103033413A的中國發(fā)明專利申請《用于層狀裂隙灰?guī)r試驗的裂紋系統(tǒng)試件的制備方法》中，公開了采用高溫加熱、低溫凍結(jié)的試驗手段，將飽和巖樣循環(huán)凍融產(chǎn)生裂隙的具體步驟。
[0007](3) 2014年，公開號為CN 103616272A的中國發(fā)明專利申請《斷續(xù)裂隙巖體模擬試件的制作模具及方法》中，提出了由底板，固定長側(cè)板、活動長側(cè)板、刻槽底部墊板、刻槽頂部蓋板等組成的制樣模具，無充填裂隙通過澆筑時預(yù)埋金屬片，固結(jié)后拔出留空實現(xiàn)。
[0008](4) 2014年，公開號為CN 103604672A的中國發(fā)明專利申請《用于巖土工程三維隨機裂隙的均勻施作裝置》中，提出了由模具框架、刀盤轉(zhuǎn)軸、裂隙刀盤等組成的制樣模具，無充填裂隙通過澆筑時插入裂隙刀盤，試樣固結(jié)后拔出留空實現(xiàn)，其中裂隙刀盤的空間位置由球臺轉(zhuǎn)軸控制、裂隙貫通長度由刀盤插入深度控制。
[0009]上述現(xiàn)有技術(shù)確實在一定程度上解決了無充填裂隙巖石制作的問題，但主要還存在如下問題:
[0010](I)無充填裂隙制作時，一般需要通過澆筑時預(yù)埋硬質(zhì)板狀結(jié)構(gòu)物(如鋼片)，從試樣外側(cè)插入試樣內(nèi)部，固結(jié)后拔出留空實現(xiàn)；制作工藝上屬于由試樣表面向內(nèi)部加工的工藝過程，無法制作巖石內(nèi)置裂隙，即表面必須貫通；
[0011](2)制作巖石試樣的相似材料固結(jié)后，難以將預(yù)制裂隙的結(jié)構(gòu)物拔出，拔出后容易導(dǎo)致裂縫厚度、寬度變大，在原裂縫周圍產(chǎn)生次級裂縫，甚至導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)的整體破壞；
[0012](3)每次通過對原巖進行高溫加熱、低溫融化、凍融循環(huán)得到的無充填裂隙巖體試樣無法獲得統(tǒng)一的裂隙網(wǎng)絡(luò)體系，每個試塊具有各自的裂隙發(fā)育條件，影響了試驗結(jié)構(gòu)的分析，無法定量研宄裂隙對巖體物理力學(xué)性質(zhì)的影響。
[0013](4)裂隙的固定裝置復(fù)雜、定位難度大，簡單裂隙制作雖然基本能滿足要求，但是一旦裂隙數(shù)量增大，其調(diào)節(jié)或固定的機構(gòu)將異常復(fù)雜，甚至?xí)?dǎo)致不同機構(gòu)的運動干涉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]為了克服已有技術(shù)無法有效制作斷續(xù)無充填裂隙巖石試樣的不足，本發(fā)明提供了一種原理簡單、操作方便、成本低廉、成型效果好、能充分考慮巖體裂隙空間位置的斷續(xù)無充填裂隙巖石試樣模型的制作方法。
[0015]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0016]一種斷續(xù)無充填裂隙巖石試樣模型的制作方法，所述制作方法包括如下步驟:
[0017](I)根據(jù)巖塊試樣與模型的幾何相似比、強度相似比和彈性模量相似比，確定巖塊模型的骨料、膠結(jié)材料的配比方案；配比物質(zhì)組成包括標準砂、水、硅粉、水泥和減水劑；
[0018](2)裁剪薄片狀水溶紙，使其幾何形狀與裂隙形狀相同、厚度與裂隙寬度相當，再將其表面打上石蠟；
[0019](3)將水溶線紙用水溶線固定在制樣模具中；每片裂隙材料的平面由四個點固定；豎直方向的水溶線打結(jié)后分上下兩段，下段水溶線垂直高度與裂隙平面高度相同，水溶線起豎直方向固定作用；結(jié)頭設(shè)置在水溶紙底部，保證水溶紙不發(fā)生滑落；水溶線上端通過制樣模具上部平臺固定；
[0020](6)對巖塊相似材料的配合比進行稱量并拌合均勻，將混合材料分層倒入試樣模具內(nèi)，模具內(nèi)部涂抹脫離劑；在常溫下進行養(yǎng)護，水溶線在混合物逐漸溶解；
[0021](7)將試樣與制樣模具放入烘箱中加熱；加熱條件下，加速水溶線溶解過程并完成溶解；水溶紙在加熱條件下，表面的薄層石蠟發(fā)生熔化；
[0022](8)將試樣從制樣模具中取出，采用煮沸法飽和試樣，煮沸容器內(nèi)的水面始終高于試樣；試樣飽水后，水溶紙與水相互作用；
[0023](9)取出試樣，置于通風(fēng)、陰涼、干燥處，進行自然風(fēng)干即成。
[0024]進一步，所述步驟(2)中，所述水溶性紙是以羧甲基纖維素鈉鹽或銨鹽為主要成分的薄片狀水溶紙，所述薄片狀水溶紙表面包裹薄薄的蠟層。該方案中水溶性紙的材質(zhì)是本領(lǐng)域比較常用的，例如以羧甲基纖維素鈉鹽為主要成分，其他成分對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是公知的；當然，水溶性紙的材質(zhì)也可以采用其他遇水溶解的材料。蠟厚的厚度優(yōu)選為0.5mm ?2mmο
[0025]更進一步，所述步驟(2)中，對水溶紙的粗糙程度進行人為加工處理，保證其表面粗糙特征與原巖裂隙表面性質(zhì)的相似性。
[0026]再進一步，所述步驟(3)中，所述水溶線的物質(zhì)組成為聚乙烯醇，遇水溶解。該方案中水溶線的材質(zhì)是本領(lǐng)域比較常用的，當然，也可以為其他遇水溶解的材料。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0028](I)本斷續(xù)無充填裂隙巖石試樣模型的制樣方法的原理簡單，不需要制作復(fù)雜的制樣模具，不會因為制樣模具調(diào)節(jié)裝置損壞而影響到整個制樣裝置的使用；
[0029](2)本斷續(xù)無充填裂隙巖石試樣模型的制樣方法中裂隙不受形狀