CN105699140A - 一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具及方法 - Google Patents

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    • B28B13/04—Discharging the shaped articles
    • B28B13/06—Removing the shaped articles from moulds

Abstract

本发明公开一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具及方法，该模具包括模具本体和插片，该模具本体包括用于形成试样的圆柱形空心腔体，该空心腔体具有开口端和封闭端，该封闭端设有与空心腔体贯通的通孔，该通孔的孔径小于空心腔体的直径；插片穿过通孔轴向贯穿空心腔体，用于形成试样裂隙；模具本体由模具片沿空心腔体周向拼接而成。空心腔体用于形成试样，将插片插入通孔直至穿过空心腔体，形成试样的同时预留裂隙的位置，脱模时，拔出插片，形成裂隙；而且，模具本体由模具片拼接而成，脱模时只需分开模具本体即可脱模，避免传统的整体脱模时贯通裂隙周围产生新生裂隙。

Description

一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具及方法
技术领域
本发明涉及一种用于制备岩体试样的模具及方法，特别涉及一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具及方法。
背景技术
在我国水利工程及地下石油储备工程的蓬勃发展的背景下，裂隙岩体日益成为工程中经常遇到的一种复杂介质，裂隙对裂隙岩体的力学性质有着控制作用，因此裂隙岩体的力学性质与完整岩体有着显著的区别。目前，室内在岩石力学试验领域。如何在室内通过人工方法采用相似材料制备贯穿裂隙岩石试样，成为裂隙岩特性研究中的一个难题。目前还没有比较完备的方法制作贯穿裂隙岩体试样，普遍存在着对裂隙位置定位不精确，裂隙大小的精度控制不足，不能充分考虑裂隙的空间形状，制备的裂隙岩体试样不易脱模，制备贯穿裂隙时脱膜后难以贯通，从而导致脱模时或脱膜后容易破坏裂隙内部结构，改变裂隙的形状和大小，在裂隙周边产生新生裂隙等问题。
以下对目前制作裂隙岩体试样采用的方法做以简介：
1、2014年公开号为CN103822808A的中国发明专利申请《一种随机裂隙岩石试样的制作方法》中，公开了一种将锡条与水泥砂浆混合搅拌，经过低温处理，锡条变为粉末状形成裂隙，水泥砂浆作为岩石材料的制备裂隙岩石试样的方法。该方法适用于随机裂隙的制作，无法制备具有特定空间形态裂隙的试样。
2、2014年公开号为CN102435475A的中国发明专利申请《一种室内单裂隙岩石试样制备装置》中，提出了一种充填一定厚度粘结材料的单裂隙岩石试样制备装置，该装置由底座、上座、上下部岩芯固定套环、螺纹主轴、调节螺帽、固紧螺帽组成。该方法无法制备内部含有贯穿裂隙的岩石试样。
3、《辉长岩中张开型表面裂隙破裂模式研究》介绍了一种在辉长岩中制作张开型表面裂隙的方法，该方法采用圆形切割刀具在试样表面预制张开型表面裂隙，该方法适合制作表面裂隙，无法在制备内部含贯穿裂隙的试样。
4、《三维裂隙组扩展及贯通过程的试验研究》一文介绍了一种采用椭圆状薄铝片模拟原生裂隙的方法(参见《岩石力学与工程学报》2008年增1期，作者郭彦双等)，铝片具有一定的刚度，会影响试样的整体力学性能。
综上所述，岩石力学试验领域迫切需要一种比较完备的制备贯穿裂隙岩体试样的方法。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具，本发明的第二目的是提供一种使用该模具制备贯通裂隙岩体试样的方法。
技术方案：本发明所述的一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具，包括模具本体和插片，该模具本体包括用于形成试样的圆柱形空心腔体，该空心腔体具有开口端和封闭端，该封闭端设有与空心腔体贯通的通孔，该通孔的孔径小于空心腔体的直径；插片穿过通孔轴向贯穿空心腔体，用于形成试样裂隙；模具本体由模具片沿空心腔体周向拼接而成。
空心腔体用于形成试样，将插片插入通孔直至穿过空心腔体，形成试样的同时预留裂隙的位置，脱模时，拔出插片，形成裂隙；而且，模具本体由模具片拼接而成，脱模时只需分开模具本体即可脱模，避免传统的整体脱模时贯通裂隙周围产生新生裂隙。
较优的，模具片为半圆形柱体，模具本体为两块相同的模具片拼接而成的圆柱体。
进一步的，通孔与插片之间留有0.5～1.5mm的缝隙。以便于插片插入通孔内。
上述通孔的横截面为长方形、正方形、圆形或椭圆形。
本发明所述的通过上述模具制备贯通裂隙岩体的方法，包括如下步骤：
A.根据待制备的裂隙岩体试样的几何尺寸及试样内贯穿裂隙的形态和分布，确定用于制备试样的模具本体的三位数字模型；
B.将该模具本体三维数字模型沿轴向分割得到模具片的三位数字模型，通过3D打印得到模具片，通过3D打印得到模具片；
C.将模具片拼接成模具本体并固定，在通孔内插入与贯通裂隙尺寸吻合的插片；
D.配制水泥砂浆并将其注入空心腔体，水泥砂浆固化成型、形成试样；
E.拔出插片，分开模具本体，使试样脱模，养护，得到裂隙岩体试样。
上述步骤B中，采用透明光敏材料打印模具片。
上述步骤D中，模拟实际裂隙岩体的力学性能配制水泥砂浆。
优选的，插片由高强度塑料制成。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点在于：(1)本发明通过将与裂隙尺寸吻合的插片插入模具本体的空心腔体内，水泥砂浆固化成型形成试样的同时预留裂隙的位置，脱模时，拔出插片，产生裂隙，操作简单，结果精确，成功率高，应用范围广；通过设置通孔的位置来控制插片的位置，从而确保裂隙位置及尺寸的精确以及裂隙的贯通；而且，本发明的模具本体由模具片拼接而成，脱模时只需分开模具本体即可，避免传统的整体脱模时贯通裂隙周围产生新生裂隙；(2)本发明基于3D打印技术打印形成模具本体的模具片，可以精确模拟岩体的大小形状、贯穿裂隙的位置及空间形态，所得试样精确、完整地模拟实际裂隙岩体及其裂隙。
附图说明
图1为本发明实施例中的模具片及对应插片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1，本发明的一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具，包括模具本体和插片2。模具本体包括圆柱形空心腔体3，空心腔体3具有开口端4和封闭端5，封闭端5设有与空心腔体3贯通的通孔6，该通孔6的孔径小于空心腔体3的直径；通孔6的横截面可为长方形、正方形、圆形、椭圆形或其他形状。插片2穿过通孔6轴向贯穿空心腔体3；可在通孔6与插片2之间留有0.5～1.5mm的缝隙，以便于插片2插入通孔6内。
模具本体由模具片1沿空心腔体3周向拼接而成；模具片1可为半圆形柱体，此时模具本体为两块相同的模具片1拼接而成的圆柱体。脱模时只需将模具片1一一分离即可，避免传统的整体脱模时贯通裂隙周围产生新生裂隙。
将插片2插入通孔6直至贯穿空心腔体3，向空心腔体3内注入原料，原料固化成型形成试样；试样成型后，拔出插片2，插片2在试样内对应的位置即为贯通裂隙的位置。
本发明利用上述模具制备贯通裂隙岩体的方法，包括如下步骤：
A.根据待制备的裂隙岩体试样的几何尺寸及试样内贯穿裂隙的形态和分布，确定用于制备试样的模具本体的三位数字模型；
B.将该模具本体三维数字模型沿轴向分割得到模具片1的三位数字模型，通过3D打印得到模具片1；
可采用透明光敏材料打印所述模具片1；通过3D打印技术打印模具本体，可以精确控制岩体的大小形状、贯穿裂隙的位置及空间形态，所得试样精确、完整地模拟实际裂隙岩体及其裂隙。
C.将模具片1拼接成模具本体并固定，在通孔6内插入与贯通裂隙尺寸吻合的插片2；插片2可由高强度塑料制成；
D.配制水泥砂浆并将其注入空心腔体3，水泥砂浆固化成型、形成试样；可通过模拟实际裂隙岩体的力学性能确定形成水泥砂浆的各成分的配比，根据配比配制水泥砂浆；
E.拔出插片2，分开模具本体，使试样脱模，养护，得到裂隙岩体试样。
本发明通过将与裂隙尺寸吻合的插片2插入模具本体的空心腔体3内，水泥砂浆固化成型、形成试样的同时预留裂隙的位置，脱模时，拔出插片2，产生裂隙；本方法操作简单，结果精确，成功率高，应用范围广；通过设置通孔6的位置来控制插片2的位置，从而确保裂隙位置及尺寸的精确以及裂隙的贯通；而且，本发明的模具本体由模具片1拼接而成，脱模时只需分开模具本体即可，避免传统的整体脱模时贯通裂隙周围产生新生裂隙。
实施例
以制备某拱坝两岸坝基处贯通裂隙岩体岩样为例，利用本发明的模具制备贯通裂隙岩体试样的方法包括如下步骤：
(1)通过查阅该河岸坝基处的地质报告资料，确定该处发育的贯通裂隙岩体的裂隙的发育状况，包括裂隙的长度、宽度、厚度、空间形态、数量等，按照相似关系确定岩体试样的体积、裂隙的大小、空间形态、数量及分布情况，并根据试样形状做出与该试样对应模具本体的三维数字模型。
(2)将该模具本体三维数字模型沿轴向分割得到模具片1的三位数字模型，输入3D打印机，打印机喷头装入透明光敏树脂材料，逐层打印模具片1，该模具片1为半圆形柱体，用橡皮绳将两个模具片1紧密固定在一起形成模具本体；在模具本体内部和插片2上均匀涂抹凡士林；选择与待制备的试样中裂隙尺寸吻合的插片2，自通孔6处插入空心腔体3中，插片2贯穿模具本体、并部分留置在封闭端外部，以便脱模时取出插片。
(3)查阅该拱坝河床坝基处贯通裂隙岩体的力学性质资料，由相似关系确定模拟试样的原料中各成分的配比，最终确定原料由普通硅酸盐水泥、天然河砂和水按质量比例1：0.5：0.4混合而成，其中河砂径粒小于1mm；加入总质量0.5％的防渗剂和减水剂加强材料的防渗性能和水泥的流动性、减小孔隙度，加入少许消泡剂减少水泥水化过程中产生的气泡。将原料按比例混合配制成水泥砂浆，搅拌均匀后用注射器注入空心腔体3中，在温度22℃，湿度90％的恒温恒湿箱中下养护至水泥砂浆固化成型，形成试样。
(4)拔出插片2，摘下橡皮绳，分开模具本体，取下试样在恒温恒湿条件下养护，试样制备完成。

Claims (8)

1.一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具，其特征在于，包括模具本体和插片(2)，该模具本体包括用于形成试样的圆柱形空心腔体(3)，该空心腔体(3)具有开口端(4)和封闭端(5)，该封闭端(5)设有与所述空心腔体(3)贯通的通孔(6)，该通孔(6)的孔径小于空心腔体(3)的直径；所述插片(2)穿过通孔(6)轴向贯穿空心腔体(3)，用于形成试样裂隙；所述模具本体由模具片(1)沿空心腔体周向拼接而成。
2.根据权利要求1所述的用于制备贯通裂隙岩体试样的模具，其特征在于，所述模具片(1)为半圆形柱体，所述模具本体为两块相同的模具片(1)拼接而成的圆柱体。
3.根据权利要求1所述的用于制备贯通裂隙岩体试样的模具，其特征在于，所述通孔(6)与插片(2)之间留有0.5～1.5mm的缝隙。
4.根据权利要求1所述的用于制备贯通裂隙岩体试样的模具，其特征在于，所述通孔(6)的横截面为长方形、正方形、圆形或椭圆形。
5.一种利用根据权利要求1所述的模具制备贯通裂隙岩体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.根据待制备的裂隙岩体试样的几何尺寸及试样内贯穿裂隙的形态和分布，确定用于制备试样的模具本体的三位数字模型；
B.将该模具本体三维数字模型沿轴向分割得到模具片(1)的三位数字模型，通过3D打印得到模具片(1)；
C.将模具片(1)拼接成模具本体并固定，在通孔(6)内插入与贯通裂隙尺寸吻合的插片(2)；
D.配制水泥砂浆并将其注入空心腔体(3)，水泥砂浆固化成型、形成试样；
E.拔出插片(2)，分开模具本体，使试样脱模，养护，得到裂隙岩体试样。
6.根据权利要求5所述的制备贯通裂隙岩体的方法，其特征在于，步骤B中，采用透明光敏材料打印所述模具片(1)。
7.根据权利要求5所述的制备贯通裂隙岩体的方法，其特征在于，步骤D中，模拟实际裂隙岩体的力学性能配制水泥砂浆。
8.根据权利要求5所述的制备贯通裂隙岩体的方法，其特征在于，所述插片(2)由高强度塑料制成。
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