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一種隨機裂隙巖石試樣的制作方法
【專利摘要】本發明屬于巖土工程領域，具體地，涉及一種隨機裂隙巖石試樣的制作方法。隨機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)、恒溫恒濕養護試樣；(7)、隨機裂隙巖石試樣低溫成型。本發明保證了裂隙巖石大量隨機裂隙的制作，便于調節裂隙的概率密度分布，以符合實際工程巖體的情況；操作方法簡單、高效、快捷，應用范圍廣泛。
【專利說明】一種隨機裂隙巖石試樣的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于巖土工程領域，具體地，涉及一種隨機裂隙巖石試樣的制作方法。
【背景技術】
[0002]21世紀是地下工程的世紀，國內外地下水電站、大型礦山巷道、地下鐵道、過江隧道、地下石油儲備洞庫等，都在大規模興建，巖石力學研究重點日益轉入地下。在地下工程建設中，隨機裂隙巖體是各種巖體工程中最常見的一種復雜巖體，節理、裂隙等的穩定性在一定程度上對整個地下工程的巖體結構的安全性具有至關重要的作用。巖體裂隙分布的隨機性、形態的多樣性、分布的不均勻性和空間組合的復雜性，使得工程存在失穩的風險。為有效地評價隨機裂隙巖體的工程穩定性，需要開展含隨機裂隙的巖石試樣的力學試驗研究，以有效揭示隨機裂隙巖石的力學變形特性與破壞規律。
[0003]目前國內外關于含隨機裂隙的巖石試樣制作是一個難點,成為制約隨機裂隙巖石試驗研究進步的瓶頸。對于巖石試樣中的表面裂隙，可以通過切割機進行切割，但是無法加工內置裂隙。對于內置單裂隙的制作，一般采用預埋橢圓形的塑料薄片或鋁片的方式解決。而對于巖石試樣中的隨機裂隙，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，塑料薄片或鋁片容易形成“骨架”，影響試樣的力學性能。本來作為試樣初始缺陷布置的裂隙，可能使試樣的力學性能得到增強，因此用常規的塑料薄片或鋁片預制隨機裂隙無法達到預期的效果，成為制約巖石中隨機裂隙有效模擬的障礙。
[0004]目前國內相關裂隙制作方法的研究現狀如下:
1、《不同角度單裂紋缺陷試樣的裂紋擴展與破壞行為》一文介紹了一種單裂紋缺陷試樣的制作方法(參見《巖石力學與工程學報》2005年增2期，作者:林鵬，等)，該方法用超聲鉆加工預置裂紋，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行填充，該方法從巖樣表面向內部切割，無法制作巖石內置裂隙；
2、《輝長巖中張開型表面裂隙破裂模式研究》一文介紹了一種在輝長巖中制作張開型表面裂隙的方法(參見《巖石力學與工程學報》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制張開型表面裂隙，該方法適合制作表面裂隙，無法在巖石內部切割制作內置裂隙；
3、《三維裂隙組擴展及貫通過程的試驗研究》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《巖石力學與工程學報》2008年增I期，作者郭彥雙，等)，鋁片具有一定的剛度，會影響試樣的整體力學性能，無法有效模擬多條隨機裂隙；
4、《三維內置裂隙傾角對類巖石材料拉伸力學性能和斷裂特征的影響》一文介紹了一種類巖石試樣中預制三維內置裂隙的方法(參見《巖石力學與工程學報》2009年第2期，作者:李術才，等)，該方法采用聚酯薄膜片制作三維內置裂隙，聚酯薄膜片具有一定的硬度，難以空間交叉布置，無法對多裂隙進行有效模擬；
5、《斷續預制裂隙脆性大理巖變形破壞特性單軸壓縮試驗研究》一文介紹了一種在大理巖中預制斷續裂隙巖石的制作方法(參見《巖石力學與工程學報》2009年第12期，作者:楊圣奇，等)，該方法采用高速電動切割機切割巖樣并在裂隙內充填軟弱石膏材料，該方法從巖樣表面向內部切割，無法在巖石內部切割制作內置裂隙。

【發明內容】

[0005]為克服現有技術的不足，本發明提供一種隨機裂隙巖石試樣的制作方法。
[0006]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
隨機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)、恒溫恒濕養護試樣
(7)、隨機裂隙巖石試樣低溫成型。
[0007]相對于現有技術，本發明具有如下有益效果:` 1、保證了裂隙巖石大量隨機裂隙的制作，裂隙的分布符合weibull分布，便于調節裂隙的概率密度分布，以符合實際工程巖體的情況；
2、操作方法簡單、高效、快捷；
3、可針對不同形狀、不同尺寸的各種巖石初始缺陷的模擬，具備應用范圍廣泛的優
占.4、該發明方法可廣泛應用于水電、交通、能源、礦山等領域的裂隙巖體力學性能研究，應用范圍廣泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為隨機裂隙巖石試樣的制作方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0009]如圖1所示，隨機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:
在規定溫度(溫度高于15° C低于40° C)下人工或機械切割金屬錫，加工成厚度
0.5mm,寬度3mm,長度30mnT90mm不等的錫條，錫條的長度分布符合韋伯分布(WeibullDistribution);錫條的數量根據所模擬的巖石裂隙密度進行確定；
例如:制作100條錫條，需加工長度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，按照配比比例準備好砂漿原材料；
砂衆原材料的用量根據所模擬巖石材料確定；例如:制作一個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；錫條的數量根據實際巖體的裂隙密度進行調整；
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，并將長短不一的錫條全部隨機放入，采用攪拌機拌合2分鐘至均勻狀態；
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臺上隨機振動I分鐘，使錫條隨機分布；
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護24小時后，砂漿硬化，將成型模具拆除；
6、恒溫恒濕養護試樣,具體方法如下:
將試樣放入恒溫恒濕養護箱養護28天,養護條件為溫度20±2°C、相對濕度95%以上；
7、隨機裂隙巖石試樣低溫成型，具體方法如下:
試樣養護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，使錫條變為沒有強度的粉末，最后取出試樣，制得隨機裂隙巖石試樣。
【權利要求】
1.一種隨機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)、恒溫恒濕養護試樣 (7)、隨機裂隙巖石試樣低溫成型。
2.根據權利要求1所述的隨機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:在規定溫度下人工或機械切割金屬錫，加工成厚度0.5mm,寬度3mm，長度30mnT90mm不等的錫條，錫條的長度分布符合韋伯分布；錫條的數量根據所模擬的巖石裂隙密度進行確定。
3.根據權利要求1-2所述的隨機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，按照配比比例準備好砂漿原材料；砂漿原材料的用量根據所模擬巖石材料確定。
4.根據權利要求1-3所述的隨機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，并將長短不一的錫條全部隨機放入，采用攪拌機拌合2分鐘至均勻狀態。
5.根據權利要求1-4所述的隨機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臺上隨機振動I分鐘，使錫條隨機分布。
6.根據權利要求1-5所述的隨機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護24小時后，砂漿硬化，將成型模具拆除。
7.根據權利要求1-6所述的隨機裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，恒溫恒濕養護試樣，具體方法如下:將試樣放入恒溫恒濕養護箱養護28天,養護條件為溫度20±2°C、相對濕度95%以上。
8.根據權利要求1-7所述的隨機裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，隨機裂隙巖石試樣低溫成型，具體方法如下:試樣養護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，使錫條變為沒有強度的粉末，最后取出試樣，制得隨機裂隙巖石試樣。
9.根據權利要求1-8所述的隨機裂隙巖石試樣的制作方法，其特征在于，規定溫度為溫度高于15°C低于40°C ;制作100條錫條,需加工長度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.根據權利要求1-9所述的隨機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；錫條的數量根據實際巖體的裂隙密度進行調整。
【文檔編號】G01N1/28GK103822808SQ201410052815
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月17日 優先權日:2014年2月17日
【發明者】楊文東, 張艷美, 李術才, 俞然剛, 程旭東, 張玉, 井文君 申請人:中國石油大學(華東)