CN101718644B - 一种直剪试验结构面模型的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种直剪试验结构面模型的制作方法，包含以下步骤：1)原岩结构面的选取及处理：选取要做试样的原状岩石结构面，对岩体的原状结构面进行找平，然后在根据结构面模型的具体尺寸确定的选取位置涂脱模剂，并铺隔离膜；2)将下部模具放在原状结构面的选取位置上，将搅拌均匀的混合料倒入下部模具内，试样保水养护后，把下盘结构面试样连同下部模具一起翻转，并把制得的下盘结构面上已用过的隔离膜清除；3)在制得的下盘结构面上涂脱模剂，并铺上隔离膜，并上部模具对中放在下部模具上，再次把称量好的原材料搅拌均匀的混合料倒入上部模具内；4)脱模处理。本发明原理明确，可操作性强，成本低廉，使用效果好。

Description

一种直剪试验结构面模型的制作方法

技术领域

本发明属于工程技术领域，涉及直剪试验结构面模型的制作方法，适用于水利、交通、采矿、地质、核废物处置、石油等相关工程中采用结构面进行结构面抗剪强度及粗糙度系数等工程设计参数的确定。

背景技术

岩石结构面是岩体内存在着不同成因、不同特性的地质界面，包括物质分异面和不连续面，如层理、片理、断层和节理。结构面的存在破坏了岩体的连续性和完整性，也正是由于结构面的存在而造成岩体边坡经常有滑波等灾害事故发生，因此对岩体中的结构面进行研究是解决岩体边坡灾害问题的关键。

岩体结构面的抗剪强度指标是工程设计中的重要参考指标，为了得到抗剪强度指标需要进行结构面的抗剪强度试验。然而原岩结构面的试验是破坏性试验，一旦破坏了就不能修复，也不能重复利用，而且工程中为了得到结构面的抗剪强度指标至少需要4-5个相类似的原岩结构面，因此，采用原岩结构面进行抗剪强度试验存在如下不足之处：(1)原岩结构面一般是赋存于岩体中的，要想多次完整地进行现场获得是不现实的；(2)由于原岩结构面现场取样是不规则的，不规则性易造成岩体结构面上下盘的结构面的吻合度差，难以代表真实的岩体结构面表面形态。(3)原岩结构面现场取样的成本高，运输困难，试验周期长，难以满足大量工程试验的需要；(4)不能进行多尺度的结构面直剪试验，由于一个原岩结构面只能进行一次破坏性的试验，因此不能得到不同尺度的试样，进而不能分析结构面抗剪强度的稳定阈值，故不能把试验结果直接运用的实际工程岩体中。因此，如何准确快速地得到与原岩结构面的表面形态一样、上下盘结构面的吻合性好、且能得到不同尺度的结构面是当前工程界亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有岩石结构面试样制作方法的实施成本高、结果不可靠或不能体现特殊性的缺点，本发明提供一种原理明确，可操作性强，成本低廉，使用效果好，便于试验研究及工程应用的直剪试验结构面模型的制作方法。

为了解决上述技术问题所提出的技术方案为：

一种直剪试验结构面模型的制作方法，包含以下步骤：

1)原岩结构面的选取及处理：选取要做试样的原状岩石结构面，并对其进行编号；对岩体的原状结构面进行找平，把选取的原状结构面打扫干净，然后在根据结构面模型的具体尺寸确定的选取位置上涂脱模剂，并铺隔离膜；

2)下盘结构面模型的制作：

(2.1)放置模具：根据制作结构面模型的尺寸进行选择模具，模具包括下部模具和上部模具，下部模具和上部模具尺寸相同，将下部模具放在原状结构面的选取位置上，把下部模具的上表面调整水平，对下部模具的内侧壁进行涂脱模剂处理；

(2.2)下盘结构面模型的制作：将称量好的原材料倒入到搅拌机中进行搅拌，搅拌均匀后把混合料倒入下部模具内，浇注完毕后要保证模拟结构面试样的上表面是水平的；

(2.3)养护：试样保水养护后，把下盘结构面试样连同下部模具一起翻转，并把制得的下盘结构面上已用过的隔离膜清除；

3)上盘结构面模型的制作：

(3.1)在制得的下盘结构面上涂脱模剂，并铺上隔离膜；将上部模具对中放在下部模具上，并在上部模具的内侧壁上涂脱模剂，最后调整上部模具表面呈水平；

(3.2)再次把称量好的原材料倒入到搅拌机中，进行搅拌，搅拌均匀后把混合料倒入上部模具内；

(3.3)对结构面模型进行养护；

4)脱模处理：对上下盘结构面进行脱模处理，并继续养护，就可制得与原状岩石结构面表面形态一致，且上下盘吻合度高的结构面模型。

进一步，在所述步骤(1)中，在地表面上铺砂，对砂面进行找平，然后把原状岩石平放在找平的砂层上，对岩体的原状结构面进行找平。

再进一步，在所述步骤(2.2)中，把原材料分层倒入下部模具内，且在浇注的过程中对其充分振捣，同时要求振动棒不能接触隔离膜。

更进一步，在所述步骤(3.2)中，把原材料分层倒入下部模具内，且在浇注的过程中对其充分振捣，同时要求振动棒不能接触隔离膜。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果主要体现在：(1)能复制出和原岩结构面表面形态一样的结构面，该结构面模型同原岩结构面的粗糙度系数是一致的，而粗糙度系数是影响结构面抗剪强度的关键因素。(2)制作的结构面上下盘的吻合度高。对原岩结构面进行直剪试验需要原岩的上下盘结构面吻合度高，但由于原岩的取样困难，扰动大，且需要分隔运输，因此会造成原岩上下盘结构面的吻合度受到较大影响，难以保证较高的吻合度，势必会影响结构面的直剪试验结果，会对工程使用造成误差。(3)能制作不同尺度的结构面模型。采用不同尺寸的结构面制作模具(制作结构面范围为10cm×10cm-100cm×100cm)，可制作不同尺度的结构面试样。进而可以利用多尺度的结构面直剪试验的结果分析抗剪强度的尺寸效应，就能得到结构面抗剪强度的稳定阈值，可直接运用的工程中。而原岩结构面只能做一种尺度的直剪试验，故不能分析抗剪强度的尺寸效应，也无法得到抗剪强度的稳定阈值。(4)原岩结构面可以多次重复利用。利用本方法制作的结构面模型对原岩结构面没有任何破坏，原岩结构面只需一个且可重复使用。由于直剪试验对于结构面而言是破坏性试验，利用原岩结构面直接进行结构面直剪试验只能利用一次，大大降低了使用效率，而原岩的取样成本大和周期长，是试验及实际工程所不能接受的。

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明。

一种直剪试验结构面模型的制作方法，包含以下步骤：

1)原岩结构面的选取及处理。

(1.1)选样。选取要做试样的原状岩石结构面，并对其进行编号。

(1.2)表面处理。在地表面上铺砂，对砂面进行大致找平，然后把原状岩石平放在找平的砂层上，对岩体的结构面进行找平。把选取的原状结构面打扫干净，然后在待选取位置(根据结构面模型的具体尺寸确定)涂脱模剂(油)，并铺隔离膜(聚乙烯，厚度为0.02mm)。

2)下盘结构面模型的制作。

(2.1)放置模具。把选定好的模具(根据制作结构面模型的尺寸进行选择，模具分成上下两部分，本步骤用的是下部模具)放在指定的原状结构面的选取位置，把下部模具的上表面调整水平。对下部模具的内侧壁进行涂脱模剂(油)处理。

(2.2)下盘结构面模型的制作。对砂、水、硅粉、水泥及减水剂按特定的配合比进行称量，并把称量好的原材料倒入到搅拌机中进行搅拌。搅拌均匀后，把混合料分层倒入下部模具内，且在浇注的过程中对其充分振捣。浇注完毕后要保证模拟结构面试样的上表面是水平的。

(2.3)养护。试样保水养护14天后，把下盘结构面试样连同下部模具一起翻转，并把制得的下盘结构面上已用过的隔离膜清除。

3)上盘结构面模型的制作。

(3.1)在制得的下盘结构面上涂油处理，并铺上隔离膜，并把另一半与之匹配的同样尺寸的上部模具对中放在下部模具上，并在上部模具的内侧壁上涂脱模剂，最后调整上部模具表面呈水平。

(3.2)再次对砂、水、硅粉、水泥、减水剂按特定的配合比进行称量，并把称量好的混合材料倒入到搅拌机中，进行搅拌。搅拌均匀后，把混合料分层倒入上部模具内，且在浇注的过程中要对其充分振捣。

(3.3)对结构面模型进行14天的养护。

4)脱模处理。

对上下盘结构面进行脱模处理，并继续养护14天后就可制得与原岩结构面表面形态一致，且上下盘吻合度高的结构面，根据制得的结构面就可进行岩体结构面的直剪试验。

本实施例的原材料包括砂、水泥、水、硅粉和减水剂，将原料搅拌均匀，制成混合材料从而可代替岩石结构面进行抗剪强度直剪试验。原料组分按照重量百分比控制如下：砂：40-68％；水：8-20％；水泥：20-45％；硅粉：2-10％；减水剂：0.5-2％。

本实施例的岩石模拟材料的制作方法，其的工艺步骤如下：

(1)将砂进行过筛，去掉砂中的一些杂质，使砂能够满足建筑用砂标准(GB/T 14684-2001)的要求；

(2)将砂、部分水、硅粉及水泥按一定的比量投入到混合处理器内(通常指搅拌机)混合搅拌；

(3)将称量好的减水剂放入到余下的水中，并搅拌均匀；

(4)把搅拌均匀的水与减水剂的混合物再倒入到混合处理器内再次混合搅拌均匀。所得的混合物即为结构面模拟岩石材料。

(5)然后把结构面模拟岩石材料放入不同的模具中就可制作不同的岩石结构面试样。

实例：为了得到高速公路岩体结构面边坡的力学参数，需要多点法进行抗剪强度的直剪试验，因此至少需要5组50cm×50cm的原岩结构面。由于在原岩结构面上直接做直剪试验具有破坏性。因此采用了结构面模型的制作方法来模拟原岩结构面进行抗剪强度的直剪试验。具体制作方法如下：

1)、原岩结构面的取样及处理。

从现场取得的原岩结构面1块(采用结构面模型只需要1块原岩结构面，而采用原岩结构面则需要5组(共10块)上下盘吻合度高的结构面)。

在地表面上铺砂，对铺砂表面进行大致找平，把原状岩体结构面放在找平的砂面上，对原岩结构面进行找平。

把选取的原状结构面表面打扫干净，然后在待选取的区域(56.6cm×56.6cm，通常比采用模具的长度和宽度尺寸大5cm。注：模具的厚度为1.6cm，根据试验及工程要求进行选取)进行涂脱模剂(油)，并铺隔离膜(聚乙烯)。

2)、下盘结构面模型的制作。

把尺寸为50cm×50cm×25cm的下部模具放在指定的原状结构面区域上(56.6cm×56.6cm，模具内部平面净尺寸为50cm×50cm)，并把下部模具上表面调整水平。对下部模具的内侧壁进行涂脱模剂(油)处理。

砂(60.94kg)、水(12.19kg)、高效减水剂(0.812kg)、硅粉(4.06kg)、水泥(36.56kg)按特定的配合比进行称量，并把称量好的原材料倒入到搅拌机中进行搅拌，搅拌均匀后，把水泥砂浆分层倒入50cm×50cm×25cm的下部模具内，且在浇注的过程中要对其充分振捣，浇注完毕后要保证模拟岩石的上表面是水平的。

对试样保水养护14天后，把制得的50cm×50cm×25cm的下盘结构面模型连同下部模具一起进行翻转，并把制得的下盘结构面上已用过的隔离膜清除。

3)、上盘结构面模型的制作

在制得的下盘结构面上进行涂脱模剂(油)处理，并铺上隔离膜(聚乙烯)，并把另一半与之匹配的上部模具对中放在下部模具上，并在上部模具的内侧壁上涂脱模剂，最后调整上部模具表面呈水平。

和上盘结构面的配合比一样再次对砂、水、硅粉、水泥及减水剂进行称量(具体用量同步骤2)，并把称量好的原材料倒入到搅拌机中，进行搅拌。搅拌均匀后，把水泥砂浆分层倒入上部模具内，且在浇注的过程中要对其充分振捣，浇注完毕后要保证模拟岩石的上表面是水平的。

试样养护14天后，进行上下部模具的脱模处理。就制得了一组结构面模型。继续养护14天后所得到的上下盘结构面就能进行模拟结构面的直剪试验。

4)、制作5组同样的结构面模型。

多次重复上述步骤1)、2)、3)就可制得5组与原岩结构面表面形状一致的结构面模型，且结构面模型的上下盘吻合度高。

Claims (4)

1.一种直剪试验结构面模型的制作方法，包含以下步骤：

1)原岩结构面的选取及处理：选取要做试样的原状岩石结构面，并对其进行编号；对岩体的原状结构面进行找平，把选取的原状结构面打扫干净，然后在根据结构面模型的具体尺寸确定的选取位置涂脱模剂，并铺隔离膜；

2)下盘结构面模型的制作：

(2.1)放置模具：根据制作结构面模型的尺寸进行选择模具，模具包括下部模具和上部模具，下部模具和上部模具尺寸相同，将下部模具放在原状结构面的选取位置上，把下部模具的上表面调整水平，对下部模具的内侧壁进行涂脱模剂处理；

(2.2)下盘结构面模型的制作：将称量好的原材料倒入到搅拌机中进行搅拌，搅拌均匀后把混合料倒入下部模具内，浇注完毕后要保证模拟结构面试样的上表面是水平的，所述原材料包括砂、水泥、水、硅粉和减水剂，原材料组分按照重量百分比控制如下：砂：40-68％；水：8-20％；水泥：20-45％；硅粉：2-10％；减水剂：0.5-2％；

(2.3)养护：试样保水养护后，把下盘结构面试样连同下部模具一起翻转，并把制得的下盘结构面上已用过的隔离膜清除；

3)上盘结构面模型的制作：

(3.1)在制得的下盘结构面上涂脱模剂，并铺上隔离膜，并上部模具对中放在下部模具上，并在上部模具的内侧壁上涂脱模剂，最后调整上部模具表面呈水平；

(3.2)再次把称量好的原材料倒入到搅拌机中，进行搅拌，搅拌 均匀后把混合料倒入上部模具内；

(3.3)对结构面模型进行养护；

4)脱模处理：对上下盘结构面进行脱模处理，并继续养护，制得与原状岩石结构面表面形态一致，且上下盘吻合度高的结构面模型。

2.如权利要求1所述的一种直剪试验结构面模型的制作方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，在地表面上铺砂，对砂面进行找平，然后把原状岩石平放在找平的砂层上，对岩体的原状结构面进行找平。

3.如权利要求1或2所述的一种直剪试验结构面模型的制作方法，其特征在于：在所述步骤(2.2)中，把混合料分层倒入下部模具内，且在浇注的过程中对其充分振捣，同时要求振动棒不能接触隔离膜。

4.如权利要求1或2所述的一种直剪试验结构面模型的制作方法，其特征在于：在所述步骤(3.2)中，把混合料分层倒入上部模具内，且在浇注的过程中对其充分振捣，同时要求振动棒不能接触隔离膜。