CN109883789B - 一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，属于岩土工程技术领域。首先，制备砂浆Ⅰ和塑料薄膜，制作成含微裂隙的试块；然后，浸泡含微裂隙的试块；配置和含微裂隙试块同配合比的砂浆Ⅱ；再然后，将含微裂隙试块和砂浆Ⅱ搅拌均匀，并放入模具中成型；最后，初凝之后拆模，在恒温恒湿养护箱中养护，随机微裂隙岩体物理模型成型。本发明通过砂浆Ⅰ、塑料薄膜先制作含微裂隙的试块，然后在与同配比的砂浆Ⅱ混合，由于他们密度基本一致，解决了裂缝分布不均的问题；保证了随机微裂隙岩体中的裂隙的数量和几何形状与需要模拟的实际岩体相同，便于调整裂隙的数量和几何形状，更加符合实际工程岩体的裂隙分布。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体地，涉及一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法。
背景技术
在自然界中，由于各种地质作用，岩体内部含有大量的随机分布的裂隙、节理和微裂纹等。然而在力学分析和试验研究中大多将岩石材料看成均质体，这和实际工程中的岩体材料差别很大，导致得出的结果在应用于实际工程时产生很大误差。特别是在地质条件比较复杂的深部地下工程中，随机微裂隙岩体大量存在，裂隙、节理和微裂纹等成为岩体中的薄弱环节，对于深部地下工程的安全造成很大的威胁。为了有效的评价深部地下工程的安全性，随机微裂隙岩体的研究就势在必行，只有在掌握了随机微裂隙岩体的力学变形特性和破坏特征之后才能对深部地下结构的安全运行提出建设性意见。
然而，制作随机微裂隙岩体是目前国内外存在的一个技术难题，这也大大的制约了随机微裂隙岩体的研究进展。对于非贯通或者贯通裂隙岩体试样，目前已通过预制裂隙和机械切割的技术解决了，但是试样内部裂隙的制作还存在很多不足之处，特别是随机微裂隙的制作。目前关于内部裂隙的制作方法大多采用塑料薄片、铝片和锡片等材料模拟裂隙，再将这些裂隙和砂浆混合搅拌或者分层铺设。由于塑料薄片、铝片和锡片等模拟裂隙的材料和砂浆的密度差别比较大，在混合搅拌的过程中容易下沉和上浮，很难达到随机分布的目的。
申请号为201410052815 .4的中国专利申请《一种随机裂隙岩石试样的制作方法》公开了一种用锡条模拟裂隙的方法，将锡条和砂浆材料搅拌均匀，形成随机裂隙岩石试样。该方法所用的锡条和砂浆密度差别比较大，容易出现锡条上浮或者下沉的情况，裂隙很难随机分布在岩体中。
申请号为201310721631 .8的中国专利申请《一种随机裂隙试验模型的制备方法》公开了一种用云母片或聚四氟乙烯薄片模拟裂隙的方法，此种方法也存在裂隙材料和基体材料密度差别大的问题。并且云母片或聚四氟乙烯薄片有一定的强度，会在一定程度上影响裂隙岩体的力学特性。
申请号为20130592035 .4的中国专利申请《用于岩土工程三维随机裂隙的均匀施作装置及操作方法》公开了一种用于岩土工程三维随机裂隙的均匀施作装置及操作方法，该装置中，裂隙可通过插入试样内部的刀盘深度和转角进行控制。该方法制作的裂隙数量有限，并且都是贯通裂隙或者非贯通裂隙，这和实际工程中存在的岩体差距很大。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的不足之处，本发明提供一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法。
本发明采用了以下技术方案：一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，步骤如下：
步骤一：制备砂浆Ⅰ和不同形状的塑料薄膜；
步骤二：先铺设一层砂浆Ⅰ，然后在砂浆Ⅰ上铺设一层塑料薄膜，最后在塑料薄膜上再铺设一层砂浆Ⅰ，得到砂浆Ⅰ夹层块；
步骤三：等砂浆Ⅰ夹层块初凝之后，将其放置在恒温箱中养护若干天，得到含微裂隙的试块；
步骤四：将含微裂隙的试块在水中浸泡若干小时之后拿出，并将含微裂隙的试块的表面擦干；
步骤五：配置和砂浆Ⅰ一同配合比的砂浆Ⅱ；
步骤六：将含微裂隙的试块和砂浆Ⅱ混合搅拌；
步骤七：将步骤六得到的混合物放入成型模具内振捣成型；
步骤八：等步骤七得到的混合物初凝之后拆除模具，得到成型试样；
步骤九：将步骤八得到的成型试样在恒温恒湿条件下养护若干天，得到随机微裂隙岩体物理模型。
优选的：所述步骤一中，通过人工或机械剪切不同形状的塑料薄膜，塑料薄膜厚度为0.1mm-0.5mm，塑料薄膜几何形状和数量根据所要模拟岩体的裂隙密度进行确定。
优选的：所述步骤二中，先铺设一层厚度5mm的砂浆Ⅰ，然后在砂浆Ⅰ上铺设一层塑料薄膜，最后在塑料薄膜上再铺设一层厚度5mm的砂浆Ⅰ，得到砂浆Ⅰ夹层块。
优选的：所述步骤三中，等砂浆Ⅰ夹层块初凝之后，将其放置在恒温箱中养护28天，然后通过切割得到多个含不同微裂隙的试块。
优选的：通过重复所述步骤二，得到多个含不同微裂隙的砂浆Ⅰ夹层块；然后再通过步骤三得到多个含不同微裂隙的试块。
优选的：所述步骤四中，将含微裂隙的试块在水中浸泡3个小时，达到饱水状态之后，取出试块并将其表面的水擦干。
优选的：所述步骤六中，将配制好的砂浆Ⅱ搅拌均匀，并将含不同微裂隙的试块全部随机加入，采用搅拌机搅拌3分钟达到均匀状态。
优选的：所述步骤七中，将步骤六得到的的混合物放入成型模具中，将装有混合物的成型模具置于振动台上振动2分钟，使含微裂隙的试块随机分布在模型中。
优选的：所述步骤八中，将步骤七得到的的混合物连同模具在室温下养护至砂浆Ⅱ初凝状态，然后拆除成型模具，得到成型试样。
优选的：所述步骤九中，将步骤八得到的成型试样置于养护箱中养护28天，养护条件为温度保持在20±2℃、相对湿度为90%以上。
本发明方法可以广泛应用于岩土工程、交通工程、矿业工程等领域的随机裂隙岩体力学特性的研究，应用范围广泛。相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、保证了随机微裂隙岩体中的裂隙的数量和几何形状与需要模拟的实际岩体相同，便于调整裂隙的数量和几何形状，更加符合实际工程岩体的裂隙分布；
2、操作方便简单，不需要另行加工模具；
3、通过调整砂浆的配合比可以模拟不同强度的随机微裂隙岩体，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为随机微裂隙岩体物理模型二维图；
图3为随机微裂隙岩体物理模型三维图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
结合图1至图3所示，一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，，步骤如下：
步骤一：制备砂浆Ⅰ和不同形状的塑料薄膜；
塑料薄膜：通过人工或机械剪切出不同形状的塑料薄膜，制作200片厚度为0.1mm-0.5mm的塑料薄膜，塑料薄膜的几何形状和数量根据所要模拟岩体的裂隙密度进行确定；
砂浆Ⅰ：用52.5普通硅酸盐水泥、粒径为0-4mm的石英砂和水制作，配合比为：水：水泥：砂=1：2.5：6.8。
步骤二：先铺设一层厚度5mm的砂浆Ⅰ，然后在砂浆Ⅰ上铺设一层0.1mm-0.5mm塑料薄膜，最后在塑料薄膜上再铺设一层厚度5mm的砂浆Ⅰ，得到砂浆Ⅰ夹层块。
步骤三：等砂浆Ⅰ夹层块初凝之后，将其放置在恒温箱中养护28天，然后通过切割得到多个含不同微裂隙的试块。
作为另一种替换方案：通过重复步骤二，得到多个含不同微裂隙的砂浆Ⅰ夹层块；然后再通过步骤三得到多个含不同微裂隙的试块。
步骤四：将含微裂隙的试块在水中浸泡3个小时，达到饱水状态之后，取出试块并将其表面的水擦干。
步骤五：配置和砂浆Ⅰ一同配合比的砂浆Ⅱ；
步骤六：将含微裂隙的试块和砂浆Ⅱ混合搅拌；
具体方法如下：将配制好的砂浆Ⅱ搅拌均匀，并将含不同微裂隙的试块全部随机加入，采用搅拌机搅拌3分钟达到均匀状态。
步骤七：将步骤六得到的的混合物放入成型模具中，将装有混合物的成型模具置于振动台上振动2分钟，使含微裂隙的试块随机分布在模型中。此方法可以制作不同形状的随机微裂隙岩体物理模型，不需单独制备模具。例如：可以制作一个150mm×150mm×150mm的立方体试件。
步骤八：将步骤七得到的的混合物连同模具在室温下养护至砂浆Ⅱ初凝状态，然后拆除成型模具，得到成型试样。
步骤九：将步骤八得到的成型试样置于养护箱中养护28天，养护条件为温度保持在20±2℃、相对湿度为90%以上，得到随机微裂隙岩体物理模型。
本实施例通过砂浆Ⅰ、塑料薄膜先制作含微裂隙的试块，然后在与同配比的砂浆Ⅱ混合，由于他们密度基本一致，故解决了裂缝分布不均的问题；通过此方法，保证了随机微裂隙岩体中的裂隙的数量和几何形状与需要模拟的实际岩体相同，并且，便于调整裂隙的数量和几何形状，更加符合实际工程岩体的裂隙分布。
Claims (10)
1.一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：制备砂浆Ⅰ和不同形状的塑料薄膜；
步骤二：先铺设一层砂浆Ⅰ，然后在砂浆Ⅰ上铺设一层塑料薄膜，最后在塑料薄膜上再铺设一层砂浆Ⅰ，得到砂浆Ⅰ夹层块；
步骤三：等砂浆Ⅰ夹层块初凝之后，将其放置在恒温箱中养护若干天，得到含微裂隙的试块；
步骤四：将含微裂隙的试块在水中浸泡若干小时之后拿出，并将含微裂隙的试块的表面擦干；
步骤五：配置和砂浆Ⅰ相同配合比的砂浆Ⅱ；
步骤六：将多个含微裂隙的试块和砂浆Ⅱ混合搅拌；
步骤七：将步骤六得到的混合物放入成型模具内振捣成型；
步骤八：等步骤七得到的混合物初凝之后拆除模具，得到成型试样；
步骤九：将步骤八得到的成型试样在恒温恒湿条件下养护若干天，得到随机微裂隙岩体物理模型。
2.根据权利要求1所述的一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤一中，通过人工或机械剪切不同形状的塑料薄膜，塑料薄膜厚度为0.1mm-0.5mm，塑料薄膜几何形状和数量根据所要模拟岩体的裂隙密度进行确定。
3.根据权利要求1所述的一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤二中，先铺设一层厚度5mm的砂浆Ⅰ，然后在砂浆Ⅰ上铺设一层塑料薄膜，最后在塑料薄膜上再铺设一层厚度5mm的砂浆Ⅰ，得到砂浆Ⅰ夹层块。
4.根据权利要求1所述的一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤三中，等砂浆Ⅰ夹层块初凝之后，将其放置在恒温箱中养护28天，然后通过切割得到多个含不同微裂隙的试块。
5.根据权利要求1所述的一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，其特征在于：通过重复所述步骤二，得到多个含不同微裂隙的砂浆Ⅰ夹层块；然后再通过步骤三得到多个含不同微裂隙的试块。
6.根据权利要求1所述的一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤四中，将含微裂隙的试块在水中浸泡3个小时，达到饱水状态之后，取出试块并将其表面的水擦干。
7.根据权利要求1所述的一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤六中，将配制好的砂浆Ⅱ搅拌均匀，并将含微裂隙的试块全部随机加入，采用搅拌机搅拌3分钟达到均匀状态。
8.根据权利要求1所述的一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤七中，将步骤六得到的的混合物放入成型模具中，将装有混合物的成型模具置于振动台上振动2分钟，使含微裂隙的试块随机分布在模型中。
9.根据权利要求1所述的一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤八中，将步骤七得到的的混合物连同模具在室温下养护至砂浆Ⅱ初凝状态，然后拆除成型模具，得到成型试样。
10.根据权利要求1所述的一种随机微裂隙岩体物理模型的制作方法，其特征在于：所述步骤九中，将步骤八得到的成型试样置于养护箱中养护28天，养护条件为温度保持在20±2℃、相对湿度为90%以上。
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