CN108680381A - 一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法 - Google Patents

一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，将岩体劈裂获得多个不规则的结构面，用混凝土将劈裂后的岩体包裹固定为一体，对固定在混凝土内的岩体沿铅直方向钻孔取岩芯，对取出的岩芯进行处理，即得到含粗糙结构面的圆柱体试样。本发明方法简单，高效，实用效果好，具有广泛的应用性；能有效避免岩体形成起伏过大粗糙结构面，能有效应用于三轴压缩试验的试件尺寸；避免节理岩体在取芯过程中因钻具扰动导致结构面张开等情况，为节理岩体的力学试验提供了技术支持。

Description

一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法
技术领域
本发明涉及岩石力学与工程技术领域，尤其涉及一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法。
背景技术
在漫长的地质演化过程，在一定的地质过程和应力环境中赋存的岩体普遍发育不同成因、规模和特性的结构面，包括节理、裂隙、断层等。从而，完整的岩石被切割成为不规则、不同尺度的岩块。节理岩体的力学性质受结构面影响，一般弱于岩石本身的力学性质，如压缩强度。大型的水利、交通等土建项目大多处于性质复杂且由结构面和岩块构成的具有一定结构特征的节理岩体之中，工程岩体的稳定性受结构面直接影响。
一般采用室内试验(小尺度)、原位试验(大尺度)和数值试验研究节理岩体的力学性质。原位试验工作复杂、费力、费时，且得出的试验数据较为离散；而数值试验结果的可靠性在很大程度上取决于岩块和节理本构关系的合理选取，而这又依赖于室内试验。因此，室内试验是可靠的选择，这也是研究岩石力学性质的经典方法。
目前，节理岩体试样中的结构面一般为平直的或规则状的，而缺少具有不规则状结构面的节理岩体试样制备方法，这对节理岩体力学性质的全面研究造成不利影响。试样制备技术是岩石力学领域中研究节理岩体力学性质的关键技术问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种简单，能提供具有不规则状结构面节理岩体的含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法。
本发明的实施例提供一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，将岩体劈裂获得多个不规则的结构面，用混凝土将劈裂后的岩体包裹固定为一体，对固定在混凝土内的岩体沿铅直方向钻孔取岩芯，对取出的岩芯进行处理，即得到含粗糙结构面的圆柱体试样。
进一步，具体包括以下步骤：
S1.加工与钻孔取芯设备相匹配的岩体，在岩体上标注厚度不一的结构面的位置；
S2.沿步骤S1的标注施加均匀荷载劈裂岩体形成不同的破裂面，得到具有不规则粗糙度的结构面，形成节理岩体；
S3.将步骤S2得到的节理岩体包裹，并置于模具盒中，所述节理岩体在模具盒中有多种空间形态，使节理岩体与模具盒的底板形成不同的夹角，在节理岩体和模具盒之间浇筑混凝土，将节理岩体和模具盒固定在一起；
S4.沿铅直方向对固定在混凝土中的节理岩体钻孔取岩芯，岩芯包括多个结构面，根据步骤S3中节理岩体与模具盒的底板夹角的不同，得到具有不同倾角的结构面；
S5.去掉岩芯两端的混凝土，将含有结构面的岩芯箍紧；
S6.根据待制备含粗糙结构面的圆柱体试样的尺寸，对岩芯进行切割，打磨，即得到含粗糙结构面的圆柱体试样。
进一步，所述步骤S2中，均匀荷载通过控制荷载施加速率实现。
进一步，所述步骤S3中，节理岩体用一层保鲜膜包裹，并用夹具夹紧，防止杂质渗入结构面中。
进一步，所述步骤S3中，节理岩体在模具盒中的空间形态包括节理岩体与模具盒的底板呈线面接触、点面接触或面面接触。
进一步，所述节理岩体与模具盒的底板面面接触时，所述节理岩体与模具盒的底板之间塞入石板。
进一步，所述步骤S5中，含有不规则结构面的岩芯用橡皮套箍紧包好。
进一步，所述步骤S6中，根据待制备含粗糙结构面的圆柱体试样的尺寸，计算出露在两个端面的结构面的位置并做好标线，沿该标线切割岩芯，打磨端面。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：方法简单，高效，实用效果好，具有广泛的应用性；劈裂结构面时施加均匀的荷载，均匀的荷载通过多次试验选择适当的荷载施加速率实现，能有效避免岩体形成起伏过大粗糙结构面，能有效应用于三轴压缩试验的试件尺寸(直径一般为50mm)；采用混凝土将劈裂后的岩体包裹固定形成一体，避免节理岩体在取芯过程中因钻具扰动导致结构面张开等情况，为节理岩体的力学试验提供了技术支持。
附图说明
图1是本发明一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法的一流程图。
图2是本发明一实施例一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法的主要过程示意图，a标注结构面的位置，b劈裂岩体，c节理岩体，d节理岩体和模具盒固定，e钻孔取岩芯。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，将岩体劈裂获得多个不规则的结构面，用混凝土将劈裂后的岩体包裹固定为一体，对固定在混凝土内的岩体沿铅直方向钻孔取岩芯，对取出的岩芯进行处理，即得到含粗糙结构面的圆柱体试样。
请参考图2，具体包括以下步骤：
S1.加工与钻孔取芯设备相匹配的岩体，在岩体上标注厚度不一的结构面的位置(如图2a所示)；
S2.沿步骤S1的标注施加均匀荷载劈裂岩体形成不同的破裂面(如图2b所示)，均匀荷载通过控制荷载施加速率实现，得到具有不规则粗糙度的结构面，形成节理岩体(如图2c所示)；
S3.将步骤S2得到的节理岩体包裹，节理岩体用一层保鲜膜包裹，并用夹具夹紧，防止浇筑时水、水泥浆液等杂质渗入结构面中，置于模具盒中，所述节理岩体在模具盒中有多种空间形态，节理岩体在模具盒中的空间形态包括节理岩体与模具盒的底板呈线面接触、点面接触或面面接触，所述节理岩体与模具盒的底板面面接触时，所述节理岩体与模具盒的底板之间塞入石板，使节理岩体与模具盒的底板形成不同的夹角，在节理岩体和模具盒之间浇筑混凝土，将节理岩体和模具盒固定在一起(如图2d所示)；
S4.沿铅直方向对固定在混凝土中的节理岩体钻孔取岩芯(如图2e所示)，岩芯包括多个结构面，根据步骤S3中节理岩体与模具盒的底板夹角的不同，得到具有不同倾角的结构面；
S5.去掉岩芯两端的混凝土，将含有结构面的岩芯箍紧，优选用橡皮套箍紧包好；
S6.根据待制备含粗糙结构面的圆柱体试样的尺寸，对岩芯进行切割，打磨，优选地，计算出露在两个端面的结构面的位置并做好标线，沿该标线切割岩芯，打磨端面，即得到含粗糙结构面的圆柱体试样。
实施例1
请参考图1和图2，一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法：
加工与钻孔取芯设备相匹配的较大尺度的方形或条型岩石块体，如长×宽×高＝300×300×300mm3，根据需要在岩体上标注厚度不一的结构面的位置，如图2a所示；
沿结构面标注劈裂岩体，如图2b所示，获得不规则破裂面(具有不规则粗糙度的结构面)，形成节理岩体，如图2c所示；
用一层保鲜膜仔细地包裹该节理岩体(防止水、水泥浆液等渗入结构面中)，夹具夹紧后按一定的空间形态置于钢制模具盒中，节理岩体与模具底板可线面接触、点面接触或面面接触(二者之间塞一块小石板，防止取芯时钻具碰到模具底板)，浇筑混凝土固定该节理岩体，如图2d所示；
钻具铅直向下取芯，不同的组合可以保证岩样中的结构面具有不同的倾角，如图2e所示；
去掉岩芯两端的混凝土，用橡皮套将含有不规则结构面的岩芯箍紧包好；
计算出露在两个端面的结构面的位置并做好标注线，沿该标注线切割岩芯，打磨端面，形成试验用的圆柱体试件。
本发明方法简单，高效，实用效果好，具有广泛的应用性；劈裂结构面时施加均匀的荷载，均匀的荷载通过多次试验选择适当的荷载施加速率实现，能有效避免岩体形成起伏过大粗糙结构面，能有效应用于三轴压缩试验的试件尺寸(直径一般为50mm)；采用混凝土将劈裂后的岩体包裹固定形成一体，避免节理岩体在取芯过程中因钻具扰动导致结构面张开等情况，为节理岩体的力学试验提供了技术支持。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，其特征在于，将岩体劈裂获得多个不规则的结构面，用混凝土将劈裂后的岩体包裹固定为一体，对固定在混凝土内的岩体沿铅直方向钻孔取岩芯，对取出的岩芯进行处理，即得到含粗糙结构面的圆柱体试样。
2.根据权利要求1所述的含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1.加工与钻孔取芯设备相匹配的岩体，在岩体上标注厚度不一的结构面的位置；
S2.沿步骤S1的标注施加均匀荷载劈裂岩体形成不同的破裂面，得到具有不规则粗糙度的结构面，形成节理岩体；
S3.将步骤S2得到的节理岩体包裹，并置于模具盒中，所述节理岩体在模具盒中有多种空间形态，使节理岩体与模具盒的底板形成不同的夹角，在节理岩体和模具盒之间浇筑混凝土，将节理岩体和模具盒固定在一起；
S4.沿铅直方向对固定在混凝土中的节理岩体钻孔取岩芯，岩芯包括多个结构面，根据步骤S3中节理岩体与模具盒的底板夹角的不同，得到具有不同倾角的结构面；
S5.去掉岩芯两端的混凝土，将含有结构面的岩芯箍紧；
S6.根据待制备含粗糙结构面的圆柱体试样的尺寸，对岩芯进行切割，打磨，即得到含粗糙结构面的圆柱体试样。
3.根据权利要求1所述的含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，其特征在于，所述步骤S2中，均匀荷载通过控制荷载施加速率实现。
4.根据权利要求1所述的含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，其特征在于，所述步骤S3中，节理岩体用一层保鲜膜包裹，并用夹具夹紧，防止杂质渗入结构面中。
5.根据权利要求1所述的含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，其特征在于，所述步骤S3中，节理岩体在模具盒中的空间形态包括节理岩体与模具盒的底板呈线面接触、点面接触或面面接触。
6.根据权利要求5所述的含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，其特征在于，所述节理岩体与模具盒的底板面面接触时，所述节理岩体与模具盒的底板之间塞入石板。
7.根据权利要求1所述的含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，其特征在于，所述步骤S5中，含有不规则结构面的岩芯用橡皮套箍紧包好。
8.根据权利要求1所述的含粗糙结构面的圆柱体试样取样方法，其特征在于，所述步骤S6中，根据待制备含粗糙结构面的圆柱体试样的尺寸，计算出露在两个端面的结构面的位置并做好标线，沿该标线切割岩芯，打磨端面。
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