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一種隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于巖土工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法。隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，步驟如下：(1)、制備錫條，以模擬裂隙；(2)、配制砂漿材料，以模擬巖石材料；(3)、將錫條和砂漿材料混合攪拌；(4)、將混合物裝入成型模具并振搗成型；(5)、拆除成型模具；(6)、恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)試樣；(7)、隨機(jī)裂隙巖石試樣低溫成型。本發(fā)明保證了裂隙巖石大量隨機(jī)裂隙的制作，便于調(diào)節(jié)裂隙的概率密度分布，以符合實(shí)際工程巖體的情況；操作方法簡(jiǎn)單、高效、快捷，應(yīng)用范圍廣泛。
【專利說(shuō)明】一種隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)是地下工程的世紀(jì)，國(guó)內(nèi)外地下水電站、大型礦山巷道、地下鐵道、過(guò)江隧道、地下石油儲(chǔ)備洞庫(kù)等，都在大規(guī)模興建，巖石力學(xué)研究重點(diǎn)日益轉(zhuǎn)入地下。在地下工程建設(shè)中，隨機(jī)裂隙巖體是各種巖體工程中最常見(jiàn)的一種復(fù)雜巖體，節(jié)理、裂隙等的穩(wěn)定性在一定程度上對(duì)整個(gè)地下工程的巖體結(jié)構(gòu)的安全性具有至關(guān)重要的作用。巖體裂隙分布的隨機(jī)性、形態(tài)的多樣性、分布的不均勻性和空間組合的復(fù)雜性，使得工程存在失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。為有效地評(píng)價(jià)隨機(jī)裂隙巖體的工程穩(wěn)定性，需要開(kāi)展含隨機(jī)裂隙的巖石試樣的力學(xué)試驗(yàn)研究，以有效揭示隨機(jī)裂隙巖石的力學(xué)變形特性與破壞規(guī)律。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于含隨機(jī)裂隙的巖石試樣制作是一個(gè)難點(diǎn),成為制約隨機(jī)裂隙巖石試驗(yàn)研究進(jìn)步的瓶頸。對(duì)于巖石試樣中的表面裂隙，可以通過(guò)切割機(jī)進(jìn)行切割，但是無(wú)法加工內(nèi)置裂隙。對(duì)于內(nèi)置單裂隙的制作，一般采用預(yù)埋橢圓形的塑料薄片或鋁片的方式解決。而對(duì)于巖石試樣中的隨機(jī)裂隙，需要布置多條裂隙，橢圓形塑料薄片或鋁片在空間中難以交叉布置，并且裂隙分布較多時(shí)，塑料薄片或鋁片容易形成“骨架”，影響試樣的力學(xué)性能。本來(lái)作為試樣初始缺陷布置的裂隙，可能使試樣的力學(xué)性能得到增強(qiáng)，因此用常規(guī)的塑料薄片或鋁片預(yù)制隨機(jī)裂隙無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果，成為制約巖石中隨機(jī)裂隙有效模擬的障礙。
[0004]目前國(guó)內(nèi)相關(guān)裂隙制作方法的研究現(xiàn)狀如下:
1、《不同角度單裂紋缺陷試樣的裂紋擴(kuò)展與破壞行為》一文介紹了一種單裂紋缺陷試樣的制作方法(參見(jiàn)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2005年增2期，作者:林鵬，等)，該方法用超聲鉆加工預(yù)置裂紋，然后用相同材料的花崗巖粉末配上適量氰基丙烯酸鹽粘合劑進(jìn)行填充，該方法從巖樣表面向內(nèi)部切割，無(wú)法制作巖石內(nèi)置裂隙；
2、《輝長(zhǎng)巖中張開(kāi)型表面裂隙破裂模式研究》一文介紹了一種在輝長(zhǎng)巖中制作張開(kāi)型表面裂隙的方法(參見(jiàn)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2007年第3期，作者:郭彥雙，等)，該方法采用圓形切割刀具在試樣表面預(yù)制張開(kāi)型表面裂隙，該方法適合制作表面裂隙，無(wú)法在巖石內(nèi)部切割制作內(nèi)置裂隙；
3、《三維裂隙組擴(kuò)展及貫通過(guò)程的試驗(yàn)研究》一文介紹了一種采用橢圓狀薄鋁片模擬原生裂隙的方法(參見(jiàn)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2008年增I期，作者郭彥雙，等)，鋁片具有一定的剛度，會(huì)影響試樣的整體力學(xué)性能，無(wú)法有效模擬多條隨機(jī)裂隙；
4、《三維內(nèi)置裂隙傾角對(duì)類巖石材料拉伸力學(xué)性能和斷裂特征的影響》一文介紹了一種類巖石試樣中預(yù)制三維內(nèi)置裂隙的方法(參見(jiàn)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2009年第2期，作者:李術(shù)才，等)，該方法采用聚酯薄膜片制作三維內(nèi)置裂隙，聚酯薄膜片具有一定的硬度，難以空間交叉布置，無(wú)法對(duì)多裂隙進(jìn)行有效模擬；
5、《斷續(xù)預(yù)制裂隙脆性大理巖變形破壞特性單軸壓縮試驗(yàn)研究》一文介紹了一種在大理巖中預(yù)制斷續(xù)裂隙巖石的制作方法(參見(jiàn)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2009年第12期，作者:楊圣奇，等)，該方法采用高速電動(dòng)切割機(jī)切割巖樣并在裂隙內(nèi)充填軟弱石膏材料，該方法從巖樣表面向內(nèi)部切割，無(wú)法在巖石內(nèi)部切割制作內(nèi)置裂隙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，步驟如下:
(1)、制備錫條，以模擬裂隙
(2)、配制砂漿材料，以模擬巖石材料
(3)、將錫條和砂漿材料混合攪拌
(4)、將混合物裝入成型模具并振搗成型
(5)、拆除成型模具
(6)、恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)試樣
(7)、隨機(jī)裂隙巖石試樣低溫成型。
[0007]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:` 1、保證了裂隙巖石大量隨機(jī)裂隙的制作，裂隙的分布符合weibull分布，便于調(diào)節(jié)裂隙的概率密度分布，以符合實(shí)際工程巖體的情況；
2、操作方法簡(jiǎn)單、高效、快捷；
3、可針對(duì)不同形狀、不同尺寸的各種巖石初始缺陷的模擬，具備應(yīng)用范圍廣泛的優(yōu)
占.4、該發(fā)明方法可廣泛應(yīng)用于水電、交通、能源、礦山等領(lǐng)域的裂隙巖體力學(xué)性能研究，應(yīng)用范圍廣泛。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1所示，隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，步驟如下:
1、制備錫條，以模擬裂隙，具體方法如下:
在規(guī)定溫度(溫度高于15° C低于40° C)下人工或機(jī)械切割金屬錫，加工成厚度
0.5mm,寬度3mm,長(zhǎng)度30mnT90mm不等的錫條，錫條的長(zhǎng)度分布符合韋伯分布(WeibullDistribution);錫條的數(shù)量根據(jù)所模擬的巖石裂隙密度進(jìn)行確定；
例如:制作100條錫條，需加工長(zhǎng)度30mm、90mm的各2條,40mm、80mm的各6條,45mm、75mm的各12條,50mm、80_的各18條,60_的24條；
2、配制砂漿材料，以模擬巖石材料，具體方法如下:
砂漿材料由525#快硬水泥、粒徑0-4mm的石英砂和水配制而成，材料的重量配比為:水:水泥:砂=1:1.2~2.5:6.0-6.8，按照配比比例準(zhǔn)備好砂漿原材料；
砂衆(zhòng)原材料的用量根據(jù)所模擬巖石材料確定；例如:制作一個(gè)IOOmmX IOOmmX 200mm的試樣約需要0.8千克水、I千克水泥、5千克石英砂、25根錫條；錫條的數(shù)量根據(jù)實(shí)際巖體的裂隙密度進(jìn)行調(diào)整；
3、將錫條和砂漿材料混合攪拌，具體方法如下:
將砂漿原材料混合均勻，并將長(zhǎng)短不一的錫條全部隨機(jī)放入，采用攪拌機(jī)拌合2分鐘至均勻狀態(tài)；
4、將混合物裝入成型模具并振搗成型，具體方法如下:
將拌和的混合物裝入成型模具，成型模具采用尺寸為IOOmmX IOOmmX 200mm的鋼模具或木模具，將裝有混合物的成型模具置于混凝土振動(dòng)臺(tái)上隨機(jī)振動(dòng)I分鐘，使錫條隨機(jī)分布；
5、拆除成型模具，具體方法如下:
將試樣連同成型模具在室溫下養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后，砂漿硬化，將成型模具拆除；
6、恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)試樣,具體方法如下:
將試樣放入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)28天,養(yǎng)護(hù)條件為溫度20±2°C、相對(duì)濕度95%以上；
7、隨機(jī)裂隙巖石試樣低溫成型，具體方法如下:
試樣養(yǎng)護(hù)28天后，將試樣取出并放入低溫裝置降溫至_33°C并保持30分鐘，使錫條變?yōu)闆](méi)有強(qiáng)度的粉末，最后取出試樣，制得隨機(jī)裂隙巖石試樣。
【權(quán)利要求】
1.一種隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，步驟如下: (1)、制備錫條，以模擬裂隙 (2)、配制砂漿材料，以模擬巖石材料 (3)、將錫條和砂漿材料混合攪拌 (4)、將混合物裝入成型模具并振搗成型 (5)、拆除成型模具 (6)、恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)試樣 (7)、隨機(jī)裂隙巖石試樣低溫成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，制備錫條，以模擬裂隙，具體方法如下:在規(guī)定溫度下人工或機(jī)械切割金屬錫，加工成厚度0.5mm,寬度3mm，長(zhǎng)度30mnT90mm不等的錫條，錫條的長(zhǎng)度分布符合韋伯分布；錫條的數(shù)量根據(jù)所模擬的巖石裂隙密度進(jìn)行確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，配制砂漿材料，以模擬巖石材料，具體方法如下:砂漿材料由525#快硬水泥、粒徑0-4_的石英砂和水配制而成，材料的重量配比為:水:水泥:砂=1:1.2~2.5:6.0-6.8，按照配比比例準(zhǔn)備好砂漿原材料；砂漿原材料的用量根據(jù)所模擬巖石材料確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，將錫條和砂漿材料混合攪拌 ，具體方法如下:將砂漿原材料混合均勻，并將長(zhǎng)短不一的錫條全部隨機(jī)放入，采用攪拌機(jī)拌合2分鐘至均勻狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，將混合物裝入成型模具并振搗成型，具體方法如下:將拌和的混合物裝入成型模具，將裝有混合物的成型模具置于混凝土振動(dòng)臺(tái)上隨機(jī)振動(dòng)I分鐘，使錫條隨機(jī)分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，拆除成型模具，具體方法如下:將試樣連同成型模具在室溫下養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后，砂漿硬化，將成型模具拆除。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)試樣，具體方法如下:將試樣放入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)28天,養(yǎng)護(hù)條件為溫度20±2°C、相對(duì)濕度95%以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，隨機(jī)裂隙巖石試樣低溫成型，具體方法如下:試樣養(yǎng)護(hù)28天后，將試樣取出并放入低溫裝置降溫至_33°C并保持30分鐘，使錫條變?yōu)闆](méi)有強(qiáng)度的粉末，最后取出試樣，制得隨機(jī)裂隙巖石試樣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，規(guī)定溫度為溫度高于15°C低于40°C ;制作100條錫條,需加工長(zhǎng)度30mm、90mm的各2條,40mm、80mm的各6條,45mm、75_的各12條,50mm、80_的各18條,60_的24條。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的隨機(jī)裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，成型模具采用尺寸為IOOmmX IOOmmX 200mm的鋼模具或木模具，需要0.8千克水、I千克水泥、5千克石英砂、25根錫條；錫條的數(shù)量根據(jù)實(shí)際巖體的裂隙密度進(jìn)行調(diào)整。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK103822808SQ201410052815
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】楊文東, 張艷美, 李術(shù)才, 俞然剛, 程旭東, 張玉, 井文君 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)