一種用于裂隙巖體滲流試驗仿真裂隙制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿真裂隙制作方法，特別是涉及一種用于裂隙巖體滲流試驗仿真裂隙制作方法，屬于土木工程技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著近年來一系列大型特大型水力水電工程(如小灣水電站、錦屏一級、二級水電站、烏東德水電站)等工程的開工建設，深埋隧洞工程建設引起廣泛關注。資料顯示這些已建和在建的地下水電隧洞具有鮮明的進度長、埋置深度大、地應力條件復雜、滲壓差較大等特點，與此同時，在西部地區(qū)修建的公路、鐵路隧道工程亦呈現出此種趨勢。
[0003]隨著地下開采與工程建設規(guī)模的擴大，裂隙巖體滲流破壞災害成為工程和理論界高度關注的重要問題。據工程事故統(tǒng)計數據發(fā)現，我國大部分隧洞突涌水事故、巖體邊坡失穩(wěn)、水電工程大壩失事、煤礦瓦斯泄露事故的發(fā)生與巖體的滲透性密切相關。此外，開采地表沉陷、水庫蓄水滲透誘發(fā)地震、高放射性核廢料與污染物的地質封存和CO2地下儲存等均涉及巖體裂隙滲流演化、應力-滲流相互作用等問題。因此，研究裂隙巖體的滲流性質對于解決滲流運動引起的重大工程問題具有重要意義。
[0004]針對深埋巖體裂隙滲流問題，國內外的許多學者進行過大量的研究，已取得了眾多的研究成果，但到目前為止尚未有統(tǒng)一標準的定律準則得到驗證。目前，對于高滲壓滲流的研究工作來講最常用的研究方法是以下三種，即理論研究、試驗研究和數值模擬，其中的試驗研究是其他幾種研究方法的根本，應用試驗的方法，高滲壓滲流的真實情況能更好的得到再現，研究具有直觀性，研究結果具有可靠性。實際工程中，因為深埋巖體裂隙情況復雜，且由于現實試驗條件有限，直接從深埋巖體中取樣進行試驗難度較大且取樣成本很高，因此進行深埋巖體裂隙滲流的試驗還是較少，已經開展過的試驗裂隙滲流情況的模擬條件與實際還是有一定的差距，如果能夠根據巖體巖石結構面分布特性制作滿足裂隙粗糙度和裂隙開度要求的裂隙試驗試件，必將為試驗的開展提供較大的便利，為巖體粗糙裂隙滲流的研究提供強有力的支持。
[0005]目前，在進行巖體裂隙滲流的試驗研究中，研究學者采用的試驗試件一般都是簡化制成，包括采用簡單的光滑有機玻璃板模擬裂隙壁面，或者是在光滑玻璃板上粘貼砂粒模擬粗糙裂隙壁面，或者是用鋼板、有機玻璃板等通過銑加工成三角形、矩形、梯形、正弦曲線形等起伏形狀的裂隙面，或者是通過巖芯取樣然后隨機劈裂得到的隨機裂隙面，這些巖石裂隙面的模擬方法與實際工程差距較大，不足以充分精確反映巖體裂隙結構面特性，所以導致試驗模擬結果與實際滲流特性存在差距。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于，克服現有技術中的不足，提供一種易觀察、制作簡單、試驗方便、可便于調節(jié)裂隙開度、能夠更真實準確的反映巖體裂隙結構面粗糙度的一種巖石粗糙裂隙仿真模擬的制作方法，所制得的裂隙試件特別適用于裂隙巖體滲流試驗，有助于研究粗糙度和裂隙開度對滲流特性的影響，從而更準確地揭示巖體裂隙滲流運動規(guī)律。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:
[0008]—種用于裂隙巖體滲流試驗仿真裂隙制作方法，包括以下步驟:
[0009]I)繪制裂隙數字化輪廓曲線；
[0010]將Barton提出的巖石結構面節(jié)理粗糙度輪廓曲線作為制作裂隙的起伏度曲線原型，對十條JRC輪廓曲線圖按原圖尺寸進行依次掃描獲得十條曲線圖片；
[0011]將十條曲線圖片導入CAD軟件中，進行圖片放大，在CAD繪圖界面中運用多段線畫圖功能描繪出十條裂隙數字化輪廓曲線，每條裂隙數字化輪廓曲線均由多條直線段組合而成、水平長度均為10cm、精確度均為0.0lmm ;
[0012]2)構建裂隙三維模型；
[0013]基于裂隙數字化輪廓曲線，利用CAD軟件三維建模功能繪制裂隙三維模型；根據試驗槽道流的長寬比的要求，將裂隙數字化輪廓曲線進行長度方向的等比例復制延長、水平方向寬度和垂直方向厚度的放大，獲得裂隙尺寸達到長度為L、寬度為W、厚度為H ;
[0014]在裂隙的軸長方向兩側增設與裂隙等長等厚不同寬的光滑平槽、光滑平槽的寬度為W1，并在裂隙的軸長兩端增設與裂隙等寬等厚不同長的水流過渡區(qū)、水流過渡區(qū)的長度為LI，從而構建長度為L+2L1、寬度為W+2W1、厚度為H的裂隙三維模型；
[0015]3) 3D打印制作裂隙板；
[0016]通過3D打印技術完成裂隙板的加工制作，將構建的裂隙三維模型文件轉化為STL格式文件，用3D打印軟件讀取裂隙三維模型的STL格式文件，利用3D打印機進行打印制作成同等模型規(guī)格的裂隙板，打印精確度要求0.0lmm ;
[0017]4)制作裂隙試件澆筑模具；
[0018]采用PVC管作為模具外形壁，將PVC管從軸向中間一分為二剖開，把裂隙板夾入剖開的PVC管軸向中間，后將PVC管的管身用管夾夾緊固定，并在PVC管中預埋用于安裝水壓傳感器的銅管，銅管垂直于PVC管自管身向管中延伸至裂隙板；
[0019]基于十條裂隙數字化輪廓曲線相對應的十個不同裂隙板，制作對應的10組裂隙試件澆筑模具；
[0020]5)裂隙試件的澆筑和養(yǎng)護；
[0021]將裂隙試件澆筑模具下部用管蓋擰緊封死，用水泥砂漿作材料澆筑成型制得水泥試件；再將水泥試件放入恒溫箱內進行養(yǎng)護，當養(yǎng)護至強度達到70%時進行拆外模，即將PVC管拆除獲得帶裂隙板的裂隙試件；后持續(xù)養(yǎng)護至28天取出裂隙板制得裂隙試件，對裂隙試件用砂紙打磨毛邊，完成用于裂隙巖體滲流試驗的裂隙試件制作。
[0022]本發(fā)明進一步設置為:所述光滑平槽用于裂隙巖體滲流試驗進行橡膠墊片填充將裂隙密封，裂隙巖體滲流試驗可通過更換不同厚度的橡膠墊片實現裂隙開度調節(jié)。
[0023]本發(fā)明進一步設置為:所述步驟2)根據試驗槽道流的長寬比多10的要求，將裂隙數字化輪廓曲線等比例復制延長兩倍、達到水平長度為L = 30cm，并將裂隙數字化輪廓曲線設置成水平方向寬度為W = 80cm、垂直方向厚度為H = 3mm，將光滑平槽的寬度設置為Wl=15mm、水流過渡區(qū)的長度設置為LI = 25mm，從而形成裂隙三維模型的尺寸長度為35cm、寬度為11cm、厚度為3mm。
[0024]本發(fā)明進一步設置為:所述步驟3)中3D打印軟件為Model Wizard軟件。
[0025]本發(fā)明進一步設置為:所述步驟4)中PVC管采用外直徑為ΦΙΙΟπιπι、壁厚為3.2mmο
[0026]本發(fā)明進一步設置為:所述步驟4)中管夾依次分布在PVC管的上部、中部和下部，銅管垂直貫穿過管夾所設插口后垂直插入PVC管延伸至裂隙板，位于裂隙板中的銅管末端預留有水壓力測壓孔。
[0027]本發(fā)明進一步設置為:所述步驟5)中澆筑用的水泥砂漿采用水泥為普通硅酸鹽水泥42.5型、砂礫用細砂，水泥與細砂之比為1:2.5，水灰比為28%，高效減水劑添加量為
1.
[0028]與現有技術相比，本發(fā)明具有的有益效果是:
[0029]1、將Barton提出的十條巖石結構面節(jié)理粗糙度(JRC Joint RoughnessCoefficient)輪廓曲線引入作為描述裂隙結構面粗糙程度的描述方法，通過JRC值可以定量描述裂隙結構面粗糙程度，從而克服常規(guī)試驗中描述裂隙結構面粗糙程度問題面臨的局限性。
[0030]2、基于先進的3D打印技術快速制作粗糙裂隙板，制作工期短，精度高，適應性較好，可克服現有技術中所用試件是利用鋼板、有機玻璃板等材料銑切、焊接加工制作而存在的加工過程中能源消耗大、工期時間長、人工消耗大、精度不高等諸多缺點，從而實現快速一體化成型、降低試驗成本、提高制作效率、提高試件精度。
[0031]3、常規(guī)進行裂隙高壓滲流試驗是在高壓三軸滲流試驗儀上進行的，試驗試件加工成標準規(guī)格的圓柱形進行試驗，但是試驗過程中不能調節(jié)裂隙的開度，所以無法研究裂隙開度對滲流特性的影響；而本發(fā)明克服了這一缺點，可以通過更換不同標準厚度的橡膠墊片達到調節(jié)裂隙開度的目的。
[0032]4、通過對將巖石結構面節(jié)理粗糙度輪廓曲線進行數字化，基于CAD軟件繪制裂隙三維模型，采用3D打印技術制作出符合JRC值起伏的裂隙板，然后結合裂隙板制作裂隙試件澆筑模具，用水泥砂漿澆筑成型，在水泥試件養(yǎng)護箱內養(yǎng)護28天制成裂隙試件，制作方法操作方便、工序簡明、經濟而高效，所制得的裂隙試件能夠更真實準確的反映巖體裂隙結構面粗糙度。
[0033]上述內容僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了更清楚的了解本發(fā)明的技術手段，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
【附圖說明】
[0034]圖1為Barton巖石結構面節(jié)理粗糙度輪廓曲線示意圖；
[0035]圖2為繪制的裂隙數字化輪廓曲線示意圖；
[0036]圖3為構建的裂隙三維模型示意圖；
[0037]圖4為3D打印制作的裂隙板示意圖；
[0038]圖5為裂隙試件澆筑模具的結構示意圖；
[0039]圖6為裂隙試件的結構示意圖；
[0040]圖7為用于裂隙巖體滲流試驗的裂隙試件的結構分解圖。
【具體實施方式】
[0041 ] 下面結合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。
[0042]本發(fā)明提供一種用于裂隙巖體滲流試驗仿真裂隙制作方法，包括以下步驟:
[0043]I)繪制裂隙數字化輪廓曲線；
[0044]將Barton提出的巖石結構面節(jié)理粗糙度輪廓曲線作為制作裂隙的起伏度曲線原型，對十條JRC輪廓曲線圖按原圖尺寸進行依次掃描獲得十條曲線圖片，如圖1所示。