一种嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法转让专利
申请号 : CN202010059140.1
文献号 : CN111157322B
文献日 : 2021-05-11
发明人 : 徐卫亚 , 黄威 , 张涛 , 王环玲 , 胡明涛
申请人 : 河海大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)根据工程现场岩体结构特性制作内部模具,该内部模具包括用于模拟柱状节理结构特征的三维多边形节理面网格,该节理面网格中嵌套有层间错动带模拟构件,其中,所述节理面网格由水溶性材料制成,错动带模拟构件由可溶性材料制成;所述内部模具的制备方法为:根据工程现场岩体结构特性确定柱状节理的结构特征及层间错动带的结构特征,制作包含节理面网格及错动带模拟构件的内部模具三维模型;然后分别以水溶性材料和可溶性材料为节理面网格、错动带模拟构件的原料,3D打印制得内部模具;
(2)沿节理柱柱体方向向节理面网格中浇注节理柱相似材料,待其终凝后用水溶解该节理面网格,然后在被溶解的部位浇注节理面相似材料;待该部分终凝后用溶剂溶解错动带模拟构件,再在溶解后的空腔中浇注错动带相似材料;
(3)养护,制得嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样。
2.根据权利要求1所述的嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法,其特征在于,所述柱状节理的结构特征包括柱状节理的形状和尺寸以及节理面的厚度,错动带的结构特征包括错动带的厚度和倾角。
3.根据权利要求1所述的嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述水溶性材料为聚乙烯醇。
4.根据权利要求1所述的嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述可溶性材料为高抗冲聚苯乙烯,对应溶解该可溶性材料的溶剂为柠檬烯。
5.根据权利要求1所述的嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述节理柱相似材料为与节理柱力学性能相近的水泥砂浆,节理面相似材料为与节理面力学性能相近的水泥浆,错动带相似材料为与错动带力学性能相近的白水泥。
6.根据权利要求1所述的嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述养护条件为恒温恒湿条件,其中,养护温度为22±2℃,相对湿度为
90~95%。
7.根据权利要求1所述的嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法,其特征在于,制备试样的模具还包括外部模具,该外部模具包括用于成型试样外部整体结构的模具腔室,步骤(2)中,将所述内部模具置于该模具腔室内进行浇注。
8.根据权利要求7所述的嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法,其特征在于,所述试样为长方体试样,外部模具包括底面、顶面和四个侧面,顶面与侧面之间可拆卸连接,且至少一个侧面可拆卸。
说明书 :
一种嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法
技术领域
背景技术
地质构造运动的作用下,通常会形成层间错动带,层间错动带部位的岩石被挤压破碎,力学
性质远弱于完整岩块。柱状节理及层间错动带在玄武岩岩体中较为常见,两者相互影响,并
最终影响了岩体的力学及渗透特性。
论研究有重要的意义。但是,由于嵌套层间错动带的柱状节理岩体结构特殊,制样困难,使
得试验研究通常不能考虑柱状节理与层间错动带在岩体破坏过程中的相互影响。
岩体,难以保证层面结构的平整度,且只能制作平面结构的节理岩体试样,无法考虑与节理
方向垂直或有较大夹角的层间错动带对岩体性质的影响。
发明内容
节理面网格由水溶性材料制成,错动带模拟构件由可溶性材料制成;
错动带模拟构件,再在溶解后的空腔中浇注错动带相似材料;
部模具三维模型;然后分别以水溶性材料和可溶性材料为节理面网格、错动带模拟构件的
原料,3D打印制得内部模具。其中,柱状节理的结构特征包括柱状节理的形状和尺寸以及节
理面的厚度,错动带的结构特征包括错动带的厚度和倾角。
与节理柱力学性能相近的水泥砂浆,节理面相似材料为与节理面力学性能相近的水泥浆,
错动带相似材料为与错动带力学性能相近的白水泥。
四个侧面,其中,顶面与侧面之间可拆卸连接,且至少一个侧面可拆卸;步骤(2)中,可先打
开一侧面,将内部模具置于该模具腔室内,进行节理柱和节理面的浇注,浇注完成后,关闭
该侧面,同时拆除外部模具的顶面,自外部模具的顶部溶解错动带模拟机构并浇注形成错
动带。
料和可溶性材料制成,充分考虑了柱状节理与层间错动带的结构形态及相接部位的结构特
征,可简单、方便地制备得到含层间错动带的柱状节理岩体试样,使得该类岩体力学渗流透
性的研究提供试验基础;(2)本发明通过3D打印制作内部模具,能够更为精确地模拟出工程
现场的岩体特性,模具制备方便,可操作性强,在制作多种不同结构柱状节理试样时可显著
提高效率,避免了传统方法模具制作困难、成本高的问题;(3)本发明使用可溶性材料及可
溶性材料制成内部模具,拆模时不会影响试样的力学性质,避免了传统方法模具拆除困难
及拆模时容易损坏试样的缺点。
附图说明
具体实施方式
节理面网格由水溶性材料制成,错动带模拟构件由可溶性材料制成;
具三维模型,其中,柱状节理的结构特征包括柱状节理的形状和尺寸以及节理面的厚度,错
动带的结构特征包括错动带的厚度和倾角;然后,分别以水溶性材料和可溶性材料为节理
面网格、错动带模拟构件的原料,3D打印制得内部模具。
错动带模拟构件,再在溶解后的空腔中浇注错动带相似材料;
括底面、顶面和侧面,底面、顶面和侧面共同构筑形成了模具腔室;以成型长方体试样的外
部模具为例,其可包括底面、顶面和四个侧面,其中,顶面与侧面之间可拆卸连接,且其中一
个侧面可拆卸。步骤(2)中,可先打开一侧面,将内部模具置于该模具腔室内,进行节理柱和
节理面的浇注,浇注完成后,关闭该侧面,同时拆除外部模具的顶面,自外部模具的顶部溶
解错动带模拟机构并浇注形成错动带。该外部模具可采用螺栓连接固定,拆卸简单,而且可
循环利用。
长边侧板3之间通过螺栓7固定,短边侧板4与长边侧板3通过螺栓8固定。
位于柱状节理中部,在3D打印机左喷头填入可溶性材料,右喷头填入水溶性材料,打印得到
制备含层间错动带的柱状节理岩体试样的内部模具,如图3,其包括节理面网格9和错动带
模拟构件10;
柱状节理柱体相似材料;
次打开短边侧板4,使用50℃的水溶解节理面网格9,将水泥浆填入原节理面网格9所在位
置,振捣密实后刮平模具表面并安装短边侧板4;静置10h待水泥浆终凝后,拧开顶板螺栓6,
拆下模具顶板2,使用柠檬烯溶解错动带模拟构件10,将白水泥浆填入原错动带模拟构件10
所在位置,振捣密实后刮平模具表面并安装顶板2;
体标准试样,可以用于后续试验。