CN111089772A - 一种制备含非填充型内部缺陷类岩石试件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备含非填充型内部缺陷类岩石试件的方法，它是分三个阶段实现的：第一阶段：选择樟脑作为预制内部缺陷的材料，并将其加工成与试验需要的内部缺陷尺寸与形状等同的樟脑缺陷体；第二阶段：进行试件配制，根据试验设计要求，试件配制过程中，在预设计的缺陷位置处放置相应形状及大小的樟脑缺陷体；第三阶段，将配制好的试件进行烘干养护，要求在该过程樟脑缺陷完全升华以气体形式并逸出试件，使得樟脑缺陷体原来所处的位置形成非填充型内部缺陷。本发明利用了樟脑加热易升华的特性，将不同形状和尺寸的樟脑当作内部缺陷预埋类岩石材料内部，同时利用樟脑遇热易升华的特性，完成类岩石材料内部缺陷的预制。

Description

一种制备含非填充型内部缺陷类岩石试件的方法

技术领域

本发明属于岩体工程利用领域，尤其是含内部缺陷的地下岩体工程。

背景技术

天然岩体中存在着各种各样的缺陷，这些缺陷的存在对岩体工程安全建设带来了严重的威胁。为此，国内外学者针对含缺陷岩体展开了大量的研究。研究过程中，学者们发现，天然岩体具有高离散性，偏导了试验结果的准确性。因此，为了降低天然岩体高离散性带来的试验误差，部分学者们选择了人工配制的类岩石材料来研究缺陷岩体裂纹扩展规律及破坏失稳机理，并通过相应的理论分析及模拟反演验证了该方法的准确性。

现有含缺陷岩石破坏规律及机理研究中，学者们已经开展了预制贯通裂隙、表面非贯通裂隙、孔洞、贯通裂隙组和表面非贯通裂隙组(统称缺陷)等方面的研究，并取得了良好的成果。岩体中除存在以上种类缺陷外，还存在着内部缺陷。由于岩体的非透明性，岩体内部缺陷的位置很难确定导致内部缺陷制作有难度，这给岩体工程的施工带来的巨大的安全隐患。

内部缺陷又分为填充型内部缺陷和非填充型内部缺陷两种类型。目前填充型内部缺陷的制作一般是用透明材料来代替岩石材料，预埋与透明材料力学性质差异明显的软弱介质代替内部缺陷来研究内部缺陷扩展规律及破坏失稳机理，同时，也有学者选择在类岩石材料中通过石蜡制造填充型内部缺陷，比如中国专利申请号201711182501.6公开的一种内置精控可变裂隙岩石模拟预制实验方法。但是，不管是透明材料还是石蜡材料均与岩石材料力学性质存在明显差异，内部软弱介质与实际缺陷性质迥异，进而导致实验结果与实际现象存在明显差别。与本发明有关的技术是非填充型内部缺陷，目前非填充型内部缺陷的制作技术未见相关报道。

发明内容

为了有效制备含非填充型内部缺陷类岩石材料，本发明提供一种制备含非填充型内部缺陷类岩石试件的有效方法，其可准确模拟含内部缺陷岩体的破坏规律，实现岩体破坏失稳前的预判预防，最大程度降低事故发生的可能性。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种制备含非填充型内部缺陷类岩石试件的方法，其特征在于，它是分三个阶段实现的，具体包括以下步骤：

第一阶段：选择樟脑作为预制内部缺陷的材料，并将其加工成与试验需要的内部缺陷尺寸与形状等同的樟脑缺陷体；

第二阶段：进行试件配制，根据试验设计要求，试件配制过程中，在预设计的缺陷位置处放置相应形状及大小的樟脑缺陷体；

第三阶段，将配制好的试件进行烘干养护，要求在该过程樟脑缺陷体完全升华以气体形式并逸出试件，使得樟脑缺陷体原来所处的位置形成非填充型缺陷。通过该设计方法可以实现真正意义上内部缺陷的预制。

进一步地，本发明详细步骤如下：

第一步：选择樟脑作为预制内部缺陷的材料，根据试验需求，并将其加工成与试验需要的内部缺陷尺寸与形状等同的樟脑缺陷体；

第二步：根据试验设计的试件尺寸，选择并组装制备类岩石材料的模具；

第三步：根据所要研究岩石的岩性，选择相应配比的石膏、碳酸钙、水泥、黏土及水；

第四步：类岩石材料的配制，按照配比称出相应的材料，将其混合均匀，然后逐步将混合浆液倒入预先准备好的模具中，在此过程中，根据试验设计要求，在相应的位置处埋设事先加工好的樟脑缺陷体；

第五步：待混合浆液倒满模具后，将其放到振动台震动2分钟，保证配制的类岩石材料除预制内部樟脑缺陷体外，其他各处具有均质性及各向同性；

第六步：室温条件下放置24小时后进行拆模处理；

第七步：将拆模后的试件放置养护箱内，养护的时间以及温度应保证樟脑缺陷体完全升华成气体逸出。

进一步的，本发明所用的樟脑为天然樟脑，无毒性，无刺激性气味。

进一步的，樟脑缺陷体在60℃养护箱内养护24小时，足以使类岩石材料内部的樟脑完全升华。

本发明技术方案中涉及到的模具结构为现有技术，比如市场上现有销售的100方单联抗压ABS模具。

本发明的优点是：

(1)本发明采用樟脑作为预制内部缺陷的材料，樟脑可以加工成不同尺寸与形状，能够实现不同形状及尺寸内部缺陷的预制，具有较好的灵活性。

(2)本发明利用了樟脑加热易升华的特性，将不同形状和尺寸的樟脑当作内部缺陷预埋类岩石材料内部，同时利用樟脑遇热易升华的特性，完成类岩石材料内部缺陷的预制。

(3)本发明预制的内部缺陷内不含用于制作预制缺陷的物质，排除了该物质干扰试验结果的可能性，保证了单一变量影响因素，是准确研究岩体内部缺陷扩展规律及破坏失稳的前提条件。

长期以来，由于岩体的非透明性，要想在不破坏岩体特性的前提下在岩体内部制作非贯通且非填充型缺陷是一件不容易操作的事，之前技术人员总是想着怎么取出预制在试件中的缺陷体来达到目的，显然这种方法是不可行的，因为需要破坏岩石特性。在这一固定思维限制下，导致至今没有找到在类岩石试件内部制作非贯通且非填充型的可行办法。本发明人打破常规思维，转换思路，考虑将预制在试件内部的缺陷体就地解决，在这一思路引导下，发明人也曾试着将石蜡一类材料事先制备成缺陷体然后预制在试件中，然后利用高温将石蜡融化成液体，进而形成内部缺陷，然而，当温度恢复至常温时，发现石蜡再次凝固并填充一部分缺陷，虽然类岩石材料与岩体有着相似的性质，但是内部缺陷中因石蜡的存在，影响试验结果的准确性；在一次偶然机会，发明人想到采用樟脑球代替石蜡，利用樟脑加热升华成气体逸出的特性克服了采用石蜡的缺陷，用创造性思维发明出简单的技术方案解决了技术人员悬而未解决的技术难题，且取得了意想不到的技术效果，具备专利法第22条第3款规定的创造性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1a为本发明配制类岩石材料的模具侧板一的结构示意图。

图1b本发明配制类岩石材料的模具侧板二的结构示意图。

图1c为配制类岩石材料的模具底板的结构示意图。

图2为本发明组装好的配制类岩石材料的模具结构示意图。

图3为本发明配制类岩石材料过程中完成水平椭圆缺陷预制的示意图。

图4为本发明配制类岩石材料过程中完成水平圆形缺陷预制的示意图。

图5为本发明完成类岩石材料配制的示意图。

图中：

1-模具第一侧板一；2-模具底板放置凹槽一；3-连接凸体；4-模具侧板二；5-连接凹体；6-模具底板放置凹槽二；7-模具底板；8-类岩石材料配制模具；9-椭圆裂隙；10-高度为50mm时的类岩石材料；11-圆形缺陷；12-高度为70mm时的类岩石材料；13-100mm类岩石材料。

具体实施方式

下面将以类岩石材料尺寸为100mm×100mm×100mm为例，结合附图说明利用本发明方法在其内部制作含有一条水平椭圆缺陷(位于试件的内中心)和一条水平圆形缺陷(位于试件内中心正上方20mm处)的详细步骤，本次实施例中的岩石岩性为粗砂岩。

参照附图1a、1b、1c、2、3、4和5，本发明具体制作步骤如下：

第一步：选择樟脑作为预制内部缺陷的材料，并根据试验需求，分别将其加工成椭圆缺陷9和圆形缺陷11；

第二步：组装类岩石材料配制模具8，组装时将模具底板7的两个边通过模具底板放置凹槽一2与模具侧板一1连接，另外两个边通过模具底板放置凹槽二6与模具侧板二4连接，模具侧板一1与模具侧板二4通过连接凸体3与连接凹体5的嵌入作用相互连接；

第三步：根据所要研究岩石的岩性为粗砂岩，本选择相应配比的水泥、沙子、石膏及水，其配比为水泥：沙子：石膏：水＝31:53:2:14(质量比)。

第四步：按照配比称出相应的材料，将其混合均匀，然后逐步将混合浆液倒入预先准备好的模具中，当完成高度为50mm的类岩石材料10配制时，在中心处水平放置椭圆缺陷9；

第五步：继续向模具内倒入混合浆液，当完成高度为70mm的类岩石材料12配制时，在中心处水平放置圆形缺陷11；

第六步：继续向模具内倒入混合浆液，直至形成100mm类岩石材料13；

第七步：混合浆液倒满模具后，将其放到振动台震动2分钟，保证配制的类岩石材料除预制内部缺陷外，其他各处具有均质性及各向同性；

第八步：室温条件下放置24小时后进行拆模处理；

第九步：将拆模后的试件放置养护箱内，养护箱内温度保持在60℃，养护24小时后将其取出，这一过程足以使樟脑完全升华并逸出试件，从而在类岩石材料中形成一个圆形缺陷11和一个椭圆缺陷9。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围。

Claims (3)

1.一种制备含非填充型内部缺陷类岩石试件的方法，其特征在于，它是分三个阶段实现的：

第一阶段：选择樟脑作为预制内部缺陷的材料，并将其加工成与试验需要的内部缺陷尺寸与形状等同的樟脑缺陷体；

第二阶段：进行试件配制，根据试验设计要求，试件配制过程中，在预设计的缺陷位置处放置相应形状及大小的樟脑缺陷体；

第三阶段，将配制好的试件进行烘干养护，要求在该过程樟脑缺陷完全升华以气体形式并逸出试件，使得樟脑缺陷体原来所处的位置形成非填充型内部缺陷。

2.如权利要求1所述的制备含非填充型内部缺陷类岩石试件的方法，其特征在于，详细步骤如下：

第一步：选择樟脑作为预制内部缺陷的材料，根据试验需求，并将其加工成与试验需要的内部缺陷尺寸与形状等同的樟脑缺陷体；

第二步：根据试验设计的试件尺寸，选择并组装制备类岩石材料的模具；

第三步：根据所要研究岩石的岩性，选择相应配比的石膏、碳酸钙、水泥、黏土及水；

第四步：按照配比称出相应的材料，将其混合均匀，然后逐步将混合浆液倒入预先准备好的模具中，在此过程中，根据试验设计要求，在相应的位置处埋设事先加工好的樟脑缺陷体；

第五步：待混合浆液倒满模具后，将其放到振动台震动2分钟，保证配制的类岩石材料除预制内部樟脑缺陷体外，其他各处具有均质性及各向同性；

第六步：室温条件下放置24小时后进行拆模处理；

第七步：将拆模后的试件放置养护箱内，养护的时间以及温度应保证樟脑缺陷体完全升华成气体逸出。

3.如权利要求1所述的制备含非填充型内部缺陷类岩石试件的方法，其特征在于，所述的樟脑缺陷体在60℃养护箱内养护24小时。

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