CN108663244B - 一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法及加锚节理岩体 - Google Patents

Abstract

一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法及加锚节理岩体，涉及岩土力学与岩土工程技术领域。其包括以下步骤：步骤S1，根据所述倾斜加锚节理岩体的锚固方案加工所述制样模具；步骤S2，将所述制样模具安装在所述浇样模具内部；步骤S3：按指定的材料配合比在所述浇样模具中浇筑带有所述锚杆安装孔的所述浇筑试样；步骤S4，在所述锚杆安装孔内部安装所述锚杆。通过该方法可以制得任意斜交的加锚节理岩体。

Description

一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法及加锚节理岩体

技术领域

本发明涉及一种岩土力学与岩土工程试验技术领域，且特别涉及一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法及加锚节理岩体。

背景技术

天然岩体中广泛分布着不同大小和方向的不连续面，包括层理、节理、断层等等，岩体的力学性质尤其是剪切力学性质受到不连续面的控制，天然存在或人工活动导致的不连续面显著降低了岩体强度，严重地影响了岩体工程的稳定性和安全性。为了改善岩体的抗剪切性能，通常会安装与岩体不连续面成一定角度的岩石锚杆。确定不同安装角度下加锚节理岩体的支护能力对于工程安全和支护成本控制具有重大的意义和工程价值。

目前，实验室中加锚节理试样的制备主要存在以下两个问题，一是不连续面通常简化为平面，与实际工程中不连续面形貌特征明显不符，另一个问题是倾斜安装的锚杆通常在浇样过程中提前预埋在试样内部，忽略了锚固剂及界面的效应。现有的浇筑方法至少会出现上述问题当中的一种，仅仅在锚杆垂直于不连续面时，可以同时实现粗糙不连续面和预留锚杆安装孔的要求，然而实际应用中锚杆并不总是垂直于不连续面，为此有必要研究一种新的加锚节理岩体精准制样方法，可以同时保证不连续节理面为粗糙的3维结构面且锚杆安装角度任意。

发明内容

本发明的目的在于提供一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其具有制作简单、操作方便的优点，解决了现有技术中不能在三维结构面中预留与结构面成任意角度的锚杆安装孔的问题。

本发明的另一目的在于提供一种加锚节理岩体，其通过上述的倾斜加锚节理岩体精准制样方法制得，通过模具方式，能够同时浇筑浇筑试样的上下两盘，进而有效地提升了浇样效率。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法，利用倾斜加锚节理岩体精准制样的加工装置，所述加工装置包括制样模具、浇样模具、浇筑试样以及锚杆，所述浇筑试样设置有锚杆安装孔，其包括以下步骤：

步骤S1：根据所述倾斜加锚节理岩体的锚固方案加工所述制样模具；

步骤S2：将所述制样模具安装在所述浇样模具内部；

步骤S3：按指定的材料配合比在所述浇样模具中浇筑带有所述锚杆安装孔的所述浇筑试样；

步骤S4：在所述锚杆安装孔内部安装所述锚杆。

进一步地，在本发明较佳实施例中，步骤S1中的所述制样模具的具体制作包括以下步骤：

步骤S11：扫描原始节理岩体的结构面形态，通过三维处理软件重构结构面，截取试验所需大小的断面；

步骤S12：双向拉伸所述断面，通过所述断面指定位置生成指定倾角的圆柱体，通过三维处理软件删除掉拉伸体与所述圆柱体的重合部分，获得带有所述锚杆安装孔的第一制样板和第二制样板，所述第一制样板的一侧上设置有第一凸板，所述第二制样板的一侧上设置有第二凸板；

步骤S13：将所述第一制样板或所述第二制样板翻转180度，使所述第一凸板、所述第二凸板相互平行，调整所述第一制样板、所述第二制样板的位置，并在所述第一制样板、所述第二制样板的中间安装连接板，所述连接板的一侧安装在所述第一制样板远离所述第一凸板的一侧上，另一侧安装在所述第二制样板远离所述第二凸板的一侧上；

步骤S14：加工出所述制样模具。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述浇样模具具有相对设置的第一侧板和第二侧板，所述第一侧板与所述第二侧板之间连接有第一连接板和第二连接板，步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21：安装所述浇样模具，并将准备好的所述制样模具放置在所述浇样模具中间，拧紧所有螺栓，所述浇样模具的第一连接板和第二连接板上均开设有预留孔，所述预留孔与所述制样模具的内锚杆安装孔的轴线重合；

步骤S22：将一侧倾角与锚固角度相等的钢棒通过所述第一连接板上的所述预留孔插入所述制样模具的锚杆安装孔内。

进一步地，在本发明较佳实施例中，步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：按照指定的材料配和比将各组分混合搅拌均匀；

步骤S32：将搅拌均匀的浆液注入所述浇样模具内，养护一段时间后形成所述浇筑试样，随后拆除所述浇筑试样。

进一步地，在本发明较佳实施例中，步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S41：准备锚固剂；

步骤S42：使用所述锚固剂将所述锚杆安装在所述浇筑试样的所述锚杆安装孔内。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述预留孔与所述锚杆安装孔的直径相同，所述锚杆安装孔与所述浇筑试样的最小尺寸之比应小于1/5。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述锚固剂包括水泥砂浆或树脂锚固剂。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述锚杆安装可以采用先注后插法或先插后注法。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述锚杆安装后可以通过螺栓施加预紧力。

一种加锚节理岩体，所述加锚节理岩体根据以上所述的倾斜加锚节理岩体精准制样方法制备得到。

本发明的有益效果是：

本发明实施例提供了一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其包括以下步骤：

利用倾斜加锚节理岩体精准制样的加工装置，加工装置包括制样模具、浇样模具、浇筑试样以及锚杆，浇筑试样设置有锚杆安装孔，其包括以下步骤：步骤S1：根据倾斜加锚节理岩体的锚固方案加工制样模具；步骤S2：将制样模具安装在浇样模具内部；步骤S3：按指定的材料配合比在浇样模具中浇筑带有锚杆安装孔的浇筑试样；步骤S4：在锚杆安装孔内部安装锚杆。

上述倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其具有制作简单、操作方便的优点，解决了现有技术中不能在三维结构面中预留与结构面成任意角度的锚杆安装孔的问题，通过预留锚杆安装孔的方式来安装锚杆，与实际工程中的安装方式更加的一致。

本发明实施例还提供了一种加锚节理岩体，其是根据上述倾斜加锚节理岩体精准制样方法制备得到，加锚节理岩体的两侧完全匹配，该加锚节理岩体不仅浇筑效率高，而且可以同时保证不连续节理面为粗糙的3维结构面，并且锚杆安装角度任意；同时，通过对加锚节理岩体开展直剪试验可以同时研究粗糙度及锚固角度的影响，弥补了现有单因素研究的不足。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例中提供的制样模具结构示意图；

图2是本发明实施例中提供的制样模具第一角度结构示意图；

图3是本发明实施例中提供的浇样模具结构示意图；

图4是本发明实施例中提供的浇筑试样结构示意图。

图标：1-制样模具；2-浇样模具；3-浇筑试样；4-锚杆；5-锚杆安装孔；7-第一制样板；8-第二制样板；10-第一凸板；11-第二凸板；12-连接板；13-第一侧板；14-第二侧板；15-第一连接板；16-第二连接板。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参考图1至图4，本发明实施例提供了一种加锚节理岩体，其具体制备方法如下：

利用倾斜加锚节理岩体精准制样的加工装置，加工装置包括制样模具1、浇样模具2、浇筑试样3以及锚杆4，浇筑试样3设置有锚杆安装孔5，其包括以下步骤：步骤S1，根据倾斜加锚节理岩体的锚固方案加工制样模具1；步骤S2，将制样模具1安装在浇样模具2内部；步骤S3，按指定的材料配合比在浇样模具2中浇筑带有锚杆安装孔5的浇筑试样3；步骤S4，在锚杆安装孔5内部安装锚杆4。

进一步地，在步骤S1中的制样模具1的具体制作包括以下步骤：步骤S11，扫描原始节理岩体的结构面形态，通过三维处理软件重构结构面，截取试验所需大小的断面；步骤S12，双向拉伸断面，通过断面指定位置生成指定倾角的圆柱体，通过软件删除掉拉伸体与所述圆柱体的重合部分，获得带有锚杆安装孔5的第一制样板7和第二制样板8，第一制样板7的一侧上设置有第一凸板10，第二制样板8的一侧上设置有第二凸板11；步骤S13，将第一制样板7或第二制样板8翻转180度，使第一凸板10、第二凸板11相互平行，调整第一制样板7、第二制样板8的位置，并在第一制样板7、第二制样板8的中间安装连接板12，连接板12的一侧安装在第一制样板7远离第一凸板10的一侧上，另一侧安装在第二制样板8远离第二凸板11的一侧上；步骤S14，通过3D打印方法打印出制样模具1。

需要说明的是，在本实施例中制样模具1采用的是3D打印方法打印出，其还可以通过扫描或者工艺制作等方式制作，并不仅仅局限于本实施例中的方式。

需要说明的是，浇样模具2具有相对设置的第一侧板13和第二侧板14，第一侧板13与第二侧板14之间连接有第一连接板15和第二连接板16；其中，步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21，安装浇样模具2，并将准备好的制样模具1放置在浇样模具2中间，拧紧所有螺栓，浇样模具2的第一连接板15和第二连接板16上均开设有预留孔，预留孔与制样模具1的内锚杆安装孔的轴线重合；步骤S22，将一侧倾角与锚固角度相等的钢棒通过第一连接板15上的预留孔插入制样模具1的锚杆安装孔5内。

需要说明的是，步骤S3具体包括以下步骤：步骤S31，按照指定的材料配和比将各组分混合搅拌均匀；步骤S32，将搅拌均匀的浆液注入浇样模具2内，养护一段时间后形成浇筑试样3，随后拆除浇筑试样3。

需要说明的是，步骤S4具体包括以下步骤：步骤S41，准备锚固剂；步骤S42，使用锚固剂将锚杆4安装在浇筑试样3的锚杆安装孔5内。

需要说明的是，在本实施例中，预留孔与锚杆安装孔5的直径相同，锚杆安装孔5与浇筑试样3的最小尺寸之比应小于1/5。

需要说明的是，在本实施例中，锚固剂可以为水泥砂浆或树脂锚固剂，其配比应参考工程现场选用配比。

需要说明的是，在本实施例中，锚杆4安装可以采用先注后插法或先插后注法。

需要说明的是，在本实施例中，锚杆4安装后可以通过螺栓施加预紧力。

上述倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其具有制作简单、操作方便的优点，解决了现有技术中不能在三维结构面中预留与结构面成任意角度的锚杆安装孔5的问题。

本发明实施例还提供了一种加锚节理岩体，其是根据上述倾斜加锚节理岩体精准制样方法制备得到，该节理岩体不仅浇筑效率高，而且可以同时保证不连续节理面为粗糙的3维结构面，并且锚杆4安装角度任意。

下面对本发明实施例的加锚节理岩体及倾斜加锚节理岩体精准制样方法进行具体说明。

第一实施例：60度倾角加锚节理岩体试样(单根锚杆4)

选用石膏作为相似材料，锚固剂为水泥浆，节理试样上下两盘合起来为长100mm的立方体试样，锚杆安装孔5过结构面中心，锚杆安装孔5的直径12mm，安装角度与结构面剪切方向成60度角。

(1)扫描三维结构面，软件重构三维结构面并截取其中100*100mm(x*y)范围的块体；

(2)两侧分别拉伸5mm，过结构面中心做一个直径为12mm的圆柱体，圆柱体轴向与选定的剪切方向成60度角，通过布尔运算获得带圆孔的第一制样板7和第二制样板8两个部分，第一制样板7的一侧上设置有第一凸板10，第二制样板8的一侧上设置有第二凸板11，；

(3)将第一制样板7或者第二制样板8的一侧翻转180度，使第一凸板10、第二凸板11相互平行，并调整第一制样板7或者第二制样板8在Z轴方向位置，使第一制样板7和第二制样板8的底面分开，二者的底面相距6mm，在二者中间空缺部分添加一个长106mm、宽100mm以及厚6mm的立方体(即连接板12)；由此，即完成制样模具1的制作，即该制样模具1由第一制样板7和第二制样板8之间夹连接板12连接而成，保存成打印文件格式，随后打印该制样模具1；

(4)安装浇样模具2，并将准备好的制样模具1放置在浇样模具2中间，拧紧所有螺栓，插入钢棒，进而制作出预留孔；

(5)按配比称重，搅拌均匀后倒入制样模具1内，1h后拆除模具，获得上下完全匹配的带有60度锚杆安装孔5的节理岩体；

(6)养护两周后便可在锚杆安装孔5中安装锚杆4。

第二实施例：90度倾角加锚节理岩体试样(三根锚杆4)

选用高强水泥和河砂作为相似材料，锚固剂为水泥浆，节理试样上下两盘合起来尺寸为300*100*100mm，三根锚杆安装孔5中心横纵坐标分别为(50,50)、(150,50)和(250,50)，安装孔直径12mm，安装孔轴线与结构面剪切方向成30度角。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法，利用倾斜加锚节理岩体精准制样的加工装置，所述加工装置包括制样模具、浇样模具、浇筑试样以及锚杆，所述浇筑试样设置有锚杆安装孔，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤S1：根据所述倾斜加锚节理岩体的锚固方案加工所述制样模具；

步骤S2：将所述制样模具安装在所述浇样模具内部；

步骤S3：按指定的材料配合比在所述浇样模具中浇筑带有所述锚杆安装孔的所述浇筑试样；

步骤S4：在所述锚杆安装孔内部安装所述锚杆；

其中，步骤S1中的所述制样模具的具体制作包括以下步骤：

步骤S11：扫描原始节理岩体的结构面形态，通过三维处理软件重构结构面，截取试验所需大小的断面；

步骤S12：双向拉伸所述断面，通过所述断面指定位置生成指定倾角的圆柱体，通过三维处理软件删除掉拉伸体与所述圆柱体的重合部分，获得带有所述锚杆安装孔的第一制样板和第二制样板，所述第一制样板的一侧上设置有第一凸板，所述第二制样板的一侧上设置有第二凸板；

步骤S13：将所述第一制样板或所述第二制样板翻转180度，使所述第一凸板、所述第二凸板相互平行，调整所述第一制样板、所述第二制样板的位置，并在所述第一制样板、所述第二制样板的中间安装连接板，所述连接板的一侧安装在所述第一制样板远离所述第一凸板的一侧上，另一侧安装在所述第二制样板远离所述第二凸板的一侧上；

步骤S14：加工出所述制样模具。

2.根据权利要求1所述的倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其特征在于，所述浇样模具具有相对设置的第一侧板和第二侧板，所述第一侧板与所述第二侧板之间连接有第一连接板和第二连接板，步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21：安装所述浇样模具，并将准备好的所述制样模具放置在所述浇样模具中间，拧紧所有螺栓，所述浇样模具的第一连接板和第二连接板上均开设有预留孔，所述预留孔与所述制样模具的内锚杆安装孔的轴线重合；

步骤S22：将一侧倾角与锚固角度相等的钢棒通过所述第一连接板上的所述预留孔插入所述制样模具的锚杆安装孔内。

3.根据权利要求2所述的倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：按照指定的材料配和比将各组分混合搅拌均匀；

步骤S32：将搅拌均匀的浆液注入所述浇样模具内，养护一段时间后形成所述浇筑试样，随后拆除所述浇筑试样。

4.根据权利要求3所述的倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S41：准备锚固剂；

步骤S42：使用所述锚固剂将所述锚杆安装在所述浇筑试样的所述锚杆安装孔内。

5.根据权利要求4所述的一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其特征在于，所述预留孔与所述锚杆安装孔的直径相同，所述锚杆安装孔与所述浇筑试样的最小尺寸之比应小于1/5。

6.根据权利要求4所述的一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其特征在于，所述锚固剂包括水泥砂浆或树脂锚固剂。

7.根据权利要求4所述的一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其特征在于，所述锚杆安装可以采用先注后插法或先插后注法。

8.根据权利要求4所述的一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法，其特征在于，所述锚杆安装后可以通过螺栓施加预紧力。