CN111638105B - 一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，属于岩石相似材料试验领域。该断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，应用试件制作模具，筒体的上端开口，筒体内侧设置有磁铁；所述隔板的左侧边、右侧边和下侧边均设置有由磁吸性材料制成的定位条；所述隔板的上端两侧均设置有拉紧绳，拉紧绳的末端设置有第一连接件，筒体的外壁两侧均设置有第二连接件；方法包括如下步骤：步骤一、涂抹脱模剂；步骤二、模具定位；步骤三、隔板贴合加固；步骤四、两盘岩体模拟；步骤五、断层破碎带模拟；步骤六、注浆模拟；步骤七、试件脱模。本发明相似模拟试件的制作考虑断层破碎带两盘岩体结构，以客观模拟实际断层破碎带注浆岩体的赋存结构。
Description
技术领域
本发明涉及岩石相似材料试验技术领域，具体地说是涉及一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法。
背景技术
断层破碎带是地层岩体沿破裂面发生明显位移的断裂构造，其内部充填有由断层壁撕裂下来的破碎岩石。因此，在多数情况下，断层破碎带作为一个低强度、高渗透性的软弱带存在，与其两盘岩体在物理力学特性上具有显著的差异，也使断层破碎带成为地质灾害源之一。
目前，国内外工程中常常对断层破碎带采用注浆加固的方法，让浆液在泵压的作用下扩散到岩石之间的裂隙中。浆液固结后与破碎岩石形成了新的断层充填介质，既提高了断层破碎带的稳定性，也降低了断层破碎带的渗透性。但是，受限于地下工程隐蔽性、水文地质条件等方面，对断层破碎带注浆效果的检验和评价则比较困难，工程量较大，不能直观地检验和评价注浆效果。
有部分学者直接将破碎岩石与浆液混合，待固结后取芯进行试验以评价浆液效果。根据相关标准要求，通常会通过取芯将试样制作成内径50mm、高度100mm的圆柱形试件。这种方法虽然可以直接测试注浆结石体的力学性质，但是忽略了断层破碎带两盘岩体结构，不能客观模拟实际断层破碎带注浆岩体的赋存结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，用于制作断层破碎带注浆体相似模拟试件，考虑断层破碎带两盘岩体结构，以客观模拟实际断层破碎带注浆岩体的赋存结构。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：
一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，应用试件制作模具，所述试件制作模具包括筒体和隔板；筒体的底部封闭，筒体的上端开口，筒体内侧设置有磁铁；所述隔板的左侧边、右侧边和下侧边均设置有由磁吸性材料制成的定位条，所述隔板可从筒体的上端开口处嵌套于筒体内；所述隔板的上端两侧均设置有拉紧绳，拉紧绳的末端设置有第一连接件，筒体的外壁两侧均设置有与第一连接件可拆卸连接的第二连接件；
所述断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法包括如下步骤：
步骤一、涂抹脱模剂
将筒体的内壁以及隔板的外表面涂抹脱模剂；
步骤二、模具定位
将隔板从筒体的上端开口处嵌套于筒体内，筒体内于隔板的两侧形成第一空腔，隔板的左侧边、右侧边和下侧边均通过定位条与筒体内侧的磁铁磁性连接；
步骤三、隔板贴合加固
将拉紧绳末端的第一连接件连接筒体外壁上的第二连接件，使拉紧绳拉紧，以使隔板的左侧边、右侧边和下侧边紧密贴合筒体内壁；
步骤四、两盘岩体模拟
将预先配制的断层两盘岩体的相似模拟材料填充至筒体内的第一空腔，待断层两盘岩体的相似模拟材料成型后，将第一连接件从第二连接件上拆卸，使拉紧绳松开，将隔板从筒体内取出，原隔板位置形成第二空腔；
步骤五、断层破碎带模拟
将预先配制的断层破碎带相似模拟材料填充至第二空腔；
步骤六、注浆模拟
将预先配制的注浆浆液注入第二空腔的断层破碎带相似模拟材料中；
步骤七、试件脱模
待注浆浆液凝固后，将试件从试件制作模具取出，完成试件制作。
优选的，所述隔板包括本体、左贴合带、右贴合带和下贴合带；左贴合带、右贴合带和下贴合带可发生变形，左贴合带、右贴合带和下贴合带的内侧均设置定位条；本体与左贴合带之间连接有由弹性材料制成的伸缩体，本体与右贴合带之间连接有由弹性材料制成的伸缩体，本体与下贴合带之间连接有由弹性材料制成的伸缩体；
所述步骤二中，所述隔板相对于筒体的底部垂直布置，或者，所述隔板相对于筒体的底部倾斜布置；左贴合带、右贴合带和下贴合带贴合筒体内壁。
优选的，所述左贴合带、右贴合带和下贴合带均由软质塑料制成。
优选的，所述本体由硬质塑料制成。
优选的，所述伸缩体由橡胶材料制成。
优选的，所述磁吸性材料为铁。
优选的，所述筒体为圆柱形，筒体的内径为50mm，高度为100mm。
优选的，所述隔板的高度大于筒体的高度。
优选的，断层两盘岩体的相似模拟材料，以40-60目细砂为骨料，以石灰和石膏为胶结剂，由细砂、石灰、石膏和水混合搅拌制成，细砂、石灰、石膏和水的体积比为22:3:4:2.5。
优选的，断层破碎带相似模拟材料，以20-35目粗砂为骨料，以石灰和石膏为胶结剂，由粗沙、石灰、石膏和水混合搅拌制成，粗沙、石灰、石膏和水的体积比为25:2:2:2.5。
本发明的有益技术效果是：
本发明的断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，应用创新设计的试件制作模具，用于制作断层破碎带注浆体相似模拟试件，模具结构简单，试验操作方便，试件制作成本低、效率高，相似模拟试件的制作考虑断层破碎带两盘岩体结构，以客观模拟实际断层破碎带注浆岩体的赋存结构，便于后续试验以分析断层破碎带的注浆效果，在岩石相似材料试验中具有广阔的应用前景；可以灵活模拟布置断层破碎带的空间位置，比如，可以使断层破碎带沿两盘岩体垂直布置，或者，可以使断层破碎带沿两盘岩体倾斜布置。
附图说明
图1为本发明实施例断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法的流程图；
图2为本发明实施例断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法应用试件制作模具的立体图；
图3为本发明实施例断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法应用试件制作模具的俯视图；
图4为本发明实施例断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法试件制作模具中的隔板的立体图；
图5为本发明实施例断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法试件制作模具中的隔板的俯视图；
图6为图5中A-A剖视图；
图7为制作的试件的立体图一；
图8为制作的试件的立体图二。
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例一
本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。
在本发明实施例中，提供了一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，请参考图1至图4及图7所示。
一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，应用试件制作模具，试件制作模具包括筒体11和隔板12；筒体11的底部封闭，筒体11的上端开口，具体的，筒体11包括底板111，底板111设置于筒体11的底部，筒体11及底板111一体成形。筒体11(包括底板111)内侧设置有磁铁，具体的，沿着筒体11的环形侧壁设置环形磁铁，筒体11的底板111设置圆形磁铁。磁铁与定位条3磁性连接，用于筒体11和隔板12之间定位，实现模具的定位。
筒体11为圆柱形，筒体11的内径为50mm，高度为100mm，以制作内径50mm、高度100mm的圆柱形试件。
隔板12的高度大于筒体11的高度，待断层两盘岩体的相似模拟材料21成型后，方便隔板12从筒体11内取出。
隔板12的左侧边、右侧边和下侧边均设置有定位条3，定位条3由磁吸性材料制成，本实施例的磁吸性材料优选为铁。隔板12可以通过定位条3与筒体11上的磁铁磁性连接。
隔板12可从筒体11的上端开口处嵌套于筒体11内。
隔板12的上端两侧均设置有拉紧绳4，本实施例优选拉紧绳4为弹力绳。拉紧绳4的末端设置有第一连接件41，筒体11的外壁两侧均设置有第二连接件42，第一连接件41与第二连接件42可拆卸连接。本实施例中，第一连接件41设置为卡扣，第二连接件42设置为卡扣座，第一连接件41与第二连接件42卡合连接。第一连接件41与第二连接件42可拆卸连接，可以方便隔板12与筒体11之间的装配和拆卸，以使试验操作简单，效率较高。
本实施例的断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法包括如下步骤：
步骤一、涂抹脱模剂
将筒体11的内壁以及隔板12的外表面涂抹脱模剂，便于后续步骤四中隔板12的取出，便于后续步骤七中试件从筒体11取出。
步骤二、模具定位
将隔板12从筒体11的上端开口处嵌套于筒体11内，筒体11内于隔板12的两侧形成第一空腔5，隔板12的左侧边、右侧边和下侧边均通过定位条3与筒体11内侧的磁铁磁性连接，以用于筒体11和隔板12之间定位，实现模具的定位。
步骤三、隔板12贴合加固
将拉紧绳4末端的第一连接件41连接筒体11外壁上的第二连接件42，使拉紧绳4拉紧，以使隔板12的左侧边、右侧边和下侧边紧密贴合筒体11内壁。
步骤四、两盘岩体模拟
将预先配制的断层两盘岩体的相似模拟材料21填充至筒体11内的第一空腔，待断层两盘岩体的相似模拟材料21成型后，将第一连接件41从第二连接件42上拆卸，使拉紧绳4松开，将隔板12从筒体11内取出，原隔板12位置形成第二空腔；其中，断层两盘岩体的相似模拟材料21，以40-60目细砂为骨料，以石灰和石膏为胶结剂，由细砂、石灰、石膏和水混合搅拌制成，细砂、石灰、石膏和水的体积比为22:3:4:2.5。
步骤五、断层破碎带模拟
将预先配制的断层破碎带相似模拟材料22填充至第二空腔；其中，断层破碎带相似模拟材料22，以20-35目粗砂为骨料，以石灰和石膏为胶结剂，由粗沙、石灰、石膏和水混合搅拌制成，粗沙、石灰、石膏和水的体积比为25:2:2:2.5。
步骤六、注浆模拟
将预先配制的注浆浆液注入第二空腔的断层破碎带相似模拟材料22中。本实施例中注浆浆液根据工程实际配制不同的型号，进而用于后续其他试验，以评价不同型号注浆液的浆液效果，比如，本实施例配制的注浆浆液，以单液水泥浆为主，水灰比为0.6:1—1.25:1。
步骤七、试件脱模
待注浆浆液凝固后，将试件从试件制作模具(筒体11)取出，完成试件制作。
将制作的试件养护后，进行后续其他试验，以评价注浆液的浆液效果。
实施例二
如图5、图6及图8所示，本实施例与实施例一的区别之处在于，隔板12包括本体、左贴合带121、右贴合带122和下贴合带123，本体由硬质塑料制成，左贴合带121、右贴合带122和下贴合带123可发生变形，左贴合带121、右贴合带122和下贴合带123均由软质塑料制成。左贴合带121、右贴合带122和下贴合带123的内侧均设置定位条3；本体与左贴合带121之间连接有伸缩体6，本体与右贴合带122之间连接有伸缩体6，本体与下贴合带123之间连接有伸缩体6。伸缩体6由弹性材料制成，伸缩体6优选橡胶材料制成。
所述步骤二中，所述隔板12相对于筒体11的底部垂直布置，或者，隔板12相对于筒体11的底部倾斜布置；左贴合带121、右贴合带122和下贴合带123贴合筒体11内壁。
通过对隔板12的结构改进，本实施例的断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，可以灵活模拟布置断层破碎带的空间位置，比如，可以使断层破碎带沿两盘岩体垂直布置，或者，可以使断层破碎带沿两盘岩体倾斜布置。在模拟不同布置方式的过程中，伸缩体6发生形变，左贴合带121、右贴合带122和下贴合带123贴合筒体11内壁，可以确保隔板12与筒体11内壁的紧密贴合，以在步骤四“两盘岩体模拟”时，避免断层两盘岩体的相似模拟材料21渗透穿过隔板12，使“两盘岩体模拟”失败。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法有了清楚的认识。本发明应用创新设计的试件制作模具，用于制作断层破碎带注浆体相似模拟试件，模具结构简单，试验操作方便，试件制作成本低、效率高，相似模拟试件的制作考虑断层破碎带两盘岩体结构，以客观模拟实际断层破碎带注浆岩体的赋存结构，便于后续试验以分析断层破碎带的注浆效果，在岩石相似材料试验中具有广阔的应用前景；可以灵活模拟布置断层破碎带的空间位置，比如，可以使断层破碎带沿两盘岩体垂直布置，或者，可以使断层破碎带沿两盘岩体倾斜布置。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，其特征在于，应用试件制作模具，所述试件制作模具包括筒体和隔板；筒体的底部封闭，筒体的上端开口，筒体内侧设置有磁铁；所述隔板的左侧边、右侧边和下侧边均设置有由磁吸性材料制成的定位条，所述隔板可从筒体的上端开口处嵌套于筒体内；所述隔板的上端两侧均设置有拉紧绳，拉紧绳的末端设置有第一连接件，筒体的外壁两侧均设置有与第一连接件可拆卸连接的第二连接件；所述隔板包括本体、左贴合带、右贴合带和下贴合带；左贴合带、右贴合带和下贴合带可发生变形，左贴合带、右贴合带和下贴合带的内侧均设置定位条；本体与左贴合带之间连接有由弹性材料制成的伸缩体，本体与右贴合带之间连接有由弹性材料制成的伸缩体，本体与下贴合带之间连接有由弹性材料制成的伸缩体；
所述断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法包括如下步骤：
步骤一、涂抹脱模剂
将筒体的内壁以及隔板的外表面涂抹脱模剂；
步骤二、模具定位
将隔板从筒体的上端开口处嵌套于筒体内，筒体内于隔板的两侧形成第一空腔，隔板的左侧边、右侧边和下侧边均通过定位条与筒体内侧的磁铁磁性连接；
步骤二中，所述隔板相对于筒体的底部垂直布置，或者，所述隔板相对于筒体的底部倾斜布置；左贴合带、右贴合带和下贴合带贴合筒体内壁；
步骤三、隔板贴合加固
将拉紧绳末端的第一连接件连接筒体外壁上的第二连接件，使拉紧绳拉紧，以使隔板的左侧边、右侧边和下侧边紧密贴合筒体内壁；
步骤四、两盘岩体模拟
将预先配制的断层两盘岩体的相似模拟材料填充至筒体内的第一空腔，待断层两盘岩体的相似模拟材料成型后，将第一连接件从第二连接件上拆卸，使拉紧绳松开，将隔板从筒体内取出，原隔板位置形成第二空腔；
步骤五、断层破碎带模拟
将预先配制的断层破碎带相似模拟材料填充至第二空腔；
步骤六、注浆模拟
将预先配制的注浆浆液注入第二空腔的断层破碎带相似模拟材料中；
步骤七、试件脱模
待注浆浆液凝固后，将试件从试件制作模具取出，完成试件制作。
2.根据权利要求1所述的一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，其特征在于：所述左贴合带、右贴合带和下贴合带均由软质塑料制成。
3.根据权利要求1所述的一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，其特征在于：所述本体由硬质塑料制成。
4.根据权利要求1所述的一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，其特征在于：所述伸缩体由橡胶材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，其特征在于：所述磁吸性材料为铁。
6.根据权利要求1所述的一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，其特征在于：所述筒体为圆柱形，筒体的内径为50mm，高度为100mm。
7.根据权利要求1所述的一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，其特征在于：所述隔板的高度大于筒体的高度。
8.根据权利要求1所述的一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，其特征在于：断层两盘岩体的相似模拟材料，以40-60目细砂为骨料，以石灰和石膏为胶结剂，由细砂、石灰、石膏和水混合搅拌制成，细砂、石灰、石膏和水的体积比为22:3:4:2.5。
9.根据权利要求1所述的一种断层破碎带注浆体相似模拟试件制作方法，其特征在于：断层破碎带相似模拟材料，以20-35目粗砂为骨料，以石灰和石膏为胶结剂，由粗沙、石灰、石膏和水混合搅拌制成，粗沙、石灰、石膏和水的体积比为25:2:2:2.5。
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| 深长隧道充填型致灾构造渗透失稳突涌水机理与风险控制及工程应用;石少帅;中国博士论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑;第三章的第57-67页 * |
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