CN112729984B - 多组交叉节理岩体模型试件制备方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多组交叉节理岩体模型试件制备方法及装置，涉及岩土工程领域。该方法包括：制作多个节理模具：弯折厚度与目标节理缝厚度一致的板材，使相邻两段板材的夹角为目标节理角度，相邻两段平行的板材的距离为目标节理间距，使节理模具长度与浇注腔长度相等，宽度为浇注腔宽度的1/n，n为大于等于2的整数；将节理模具填满浇注腔，且使相邻两个节理模具相对；向浇注腔内浇注岩体浆料；待岩体浆料成型后，脱模获得岩体条；在各岩体条的两侧涂抹节理浆料以形成节理层；将形成有节理层的岩体条放入浇注腔内，且使相邻两个岩体条相对，并再次向浇注腔内浇注岩体浆料；脱模养护。该方法制备的岩体模型试件能够准确地模拟节理参数。

Description

多组交叉节理岩体模型试件制备方法及装置

技术领域

本发明涉及岩土工程的技术领域，具体而言，涉及一种多组交叉节理岩体模型试件制备方法及装置。

背景技术

岩体的最重要的特征在于其含有节理裂隙，节理裂隙的存在使得天然岩体结构复杂。研究中，因为天然岩体的尺寸较大，所以很难通过取真实的岩体试样对其的力学变形特性及破坏规律进行研究。目前，通常采用含有节理的岩体模型试件来替代天然岩体试样，但是，现有技术制备的岩体模型试件对节理的模拟欠佳，使得研究结果的准确性比较低。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种多组交叉节理岩体模型试件制备方法，以解决现有技术制备的岩体模型试件对节理的模拟欠佳，使得研究结果的准确性比较低的技术问题。

本发明提供的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，包括以下步骤：

S100制作多个节理模具：选用厚度与目标节理缝厚度一致的板材，反复弯折，使各段板材的一端位于第一平面内，各段板材的另一端位于第二平面内，第二平面与第一平面平行；使各段板材的长度相等，相邻两段板材的夹角为目标节理角度，相邻两段平行的板材的距离为目标节理间距；使节理模具的长度与浇注箱的浇注腔的长度相等，宽度为浇注腔的宽度的1/n，n为大于等于2的整数；

S200安装节理模具：将节理模具竖直放入浇注腔内，填满浇注腔，且使相邻两个节理模具相对；

S300向浇注腔内浇注岩体浆料，并使岩体浆料的高度不高于节理模具的高度；

S400待岩体浆料成型后，脱模获得岩体条；

S500在各岩体条的两侧涂抹节理浆料，使各岩体条的两侧均形成厚度为d/2的节理层；

S600将形成有节理层的岩体条放入浇注腔内，且使相邻两个岩体条相对，并再次向浇注腔内浇注岩体浆料，以填充空隙；

S700脱模养护：待岩体浆料成型后，脱模获得岩体模型；恒温恒湿养护岩体模型七日，获得多组交叉节理岩体模型试件。

进一步地，所述节理模具的材质为白铁皮。

进一步地，步骤S200还包括：将节理模具放入浇注腔内前，在节理模具表面刷脱模剂。

进一步地，步骤S300还包括：向浇注腔内浇注岩体浆料前，充分搅拌岩体浆料；向浇注腔内浇注岩体浆料后，振动浇注箱以去除气泡和空隙。

进一步地，步骤S500还包括：涂抹节理浆料前，去除岩体条两侧的脱模剂并使岩体条两侧形成毛面。

进一步地，步骤S700中，恒温恒湿养护的温度为20℃、相对湿度为95％。

进一步地，所述岩体浆料为快干水泥、砂和水配制的水泥砂浆。

进一步地，所述节理浆料为粉煤灰、快干水泥、橡胶粉和水配制的浆料。

本发明提供的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，能够产生以下有益效果：

本发明提供的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，制备的节理模具的厚度与目标节理缝厚度一致，节理模具相邻两段板材的夹角为目标节理角度，相邻两段平行的板材的距离为目标节理间距，从而能够准确地模拟岩体的节理缝厚度、节理角度和节理间距等节理参数，实现对节理的较好模拟，进而有利于提高研究结果的准确性。此外，节理模具的长度与浇注腔的长度相等，节理模具的宽度为浇注腔的宽度的1/n，n为大于等于2的整数，所以，将节理模具放入浇注腔，节理模具能够填满浇注腔，从而使得制备的岩体模型试件的周边也能够准确地反映岩体的特性；而使相邻两个节理模具相对放置，能够形成多组交叉节理，不仅能够模拟岩体的多组交叉节理，且多个节理模具组装的方式，便于脱模，能够提高制备效率；另外，获得岩体条后，在其两侧涂抹节理浆料以形成节理层，以及将形成有节理层的岩体条放入浇注腔内后，再次向浇注腔内浇注岩体浆料以填充空隙，使得制得的多组交叉节理岩体模型试件不仅能够准确地模拟多组交叉节理，而且结构更加坚固，从而有利于进一步提高对节理的模拟效果，以及进一步提高研究结果的准确性。

本发明的第二个目的在于提供一种多组交叉节理岩体模型试件制备装置，以解决现有技术制备的岩体模型试件对节理的模拟欠佳，使得研究结果的准确性比较低的技术问题。

本发明提供的多组交叉节理岩体模型试件制备装置，包括浇注箱和至少两个节理模具，所述节理模具包括多段板材，各段所述板材的长度相等，且各段所述板材的一端位于第一平面内，各段所述板材的另一端位于第二平面内，所述第二平面与所述第一平面平行；

相邻两段所述板材的夹角为目标节理角度，相邻两段平行的所述板材的距离为目标节理间距，所述板材的厚度与目标节理缝厚度一致；

所述节理模具的长度与所述浇注箱的浇注腔的长度相等，宽度为所述浇注腔的宽度的1/n，n为大于等于2的整数。

进一步地，所述节理模具由一片白铁皮反复弯折而成。

本发明提供的多组交叉节理岩体模型试件制备装置中，节理模具的厚度与目标节理缝厚度一致，节理模具相邻两段板材的夹角为目标节理角度，相邻两段平行的板材的距离为目标节理间距，从而能够准确地模拟岩体的节理缝厚度、节理角度和节理间距等节理参数，实现对节理的较好模拟，进而有利于提高研究结果的准确性。此外，节理模具的长度与浇注腔的长度相等，节理模具的宽度为浇注腔的宽度的1/n，n为大于等于2的整数，所以，将节理模具放入浇注腔，节理模具能够填满浇注腔，从而使得制备的岩体模型试件的周边也能够准确地反映岩体的特性。另外，使用时，可以将相邻两个节理模具相对放置，形成多组交叉节理，不仅能够模拟岩体的多组交叉节理，而且能够采用组装的方式，便于脱模，从而能够提高制备效率。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的多组交叉节理岩体模型试件制备方法的流程图；

图2为本发明提供的多组交叉节理岩体模型试件制备装置的节理模具的俯视结构示意图；

图3为本发明提供的多组交叉节理岩体模型试件制备装置的使用过程中的俯视结构示意图；

图4为使用本发明提供的多组交叉节理岩体模型试件制备装置制备的多组交叉节理岩体模型试件的俯视结构示意图。

附图标记说明：

100-节理模具；110-板材；

200-浇注箱；

300-节理；

400-岩体条。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供一种多组交叉节理岩体模型试件制备方法，如图1所示，该多组交叉节理岩体模型试件制备方法，包括以下步骤：

S100制作多个节理模具100：选用厚度与目标节理缝厚度一致的板材，反复弯折，使各段板材110的一端位于第一平面内，各段板材110的另一端位于第二平面内，第二平面与第一平面平行；使各段板材110的长度相等，相邻两段板材110的夹角为目标节理角度，相邻两段平行的板材110的距离为目标节理间距；使节理模具100的长度与浇注箱200的浇注腔的长度相等，宽度为浇注腔的宽度的1/n，n为大于等于2的整数。如此操作，制备的节理模具100，如图2所示，能够准确地模拟岩体的节理缝厚度d、节理角度β和节理间距c等节理参数，实现对节理300的较好模拟，进而有利于提高研究结果的准确性。此外，节理模具100的长度a和宽度b使得制备的节理模具100能够填满浇注腔，进而使得制得的岩体模型试件的周边也能够准确地反映岩体的节理300。

具体地，本实施例中，节理模具100的材质可以为白铁皮。当然，在本申请的其他实施例中，也可以使用多段钢板焊接的方式制备节理模具100。

S200安装节理模具100：将节理模具100竖直放入浇注腔内，填满浇注腔，且使相邻两个节理模具100相对。将节理模具100填满浇注腔，从而制得的岩体模型试件的周边也能够准确地反映岩体的节理300，进而对节理300的模拟效果好，有利于提高研究结果的准确性。使节理模具100相对放置，能够形成多组交叉节理，不仅能够模拟岩体的多组交叉节理，且多个节理模具100组装的方式，便于脱模，能够提高制备效率。

具体地，本实施例中，将节理模具100放入浇注腔内前，可以在节理模具100表面刷脱模剂。如此操作便于后续脱模。

S300向浇注腔内浇注岩体浆料，并使岩体浆料的高度不高于节理模具100的高度。

具体地，本实施例中，岩体浆料可以为快干水泥、砂和水配制的水泥砂浆。此外，具体操作时，可以在向浇注腔内浇注岩体浆料前，充分搅拌岩体浆料；向浇注腔内浇注岩体浆料后，振动浇注箱200以去除气泡和空隙。

S400待岩体浆料成型后，脱模获得岩体条400。

S500在各岩体条400的两侧涂抹节理浆料，使各岩体条400的两侧均形成厚度为d/2的节理层。

具体地，本实施例中，节理浆料可以为粉煤灰、快干水泥、橡胶粉和水配制的浆料。此外，具体操作时，可以在涂抹节理浆料前，去除岩体条400两侧的脱模剂并使岩体条400两侧形成毛面。如此操作，可以减少脱模剂对岩体模型试件的特性的影响，且有利于节理浆料附着于岩体条400的两侧。

需要说明的是，“岩体条400的两侧”是指其与节理模具100接触的两个侧面，即岩体条400的两个折角波浪形表面。

S600将形成有节理层的岩体条400放入浇注腔内，且使相邻两个岩体条400相对，并再次向浇注腔内浇注岩体浆料，以填充空隙。如此操作，使得制得的多组交叉节理岩体模型试件不仅能够准确地模拟多组交叉节理，而且结构更加坚固，从而有利于进一步提高对节理300的模拟效果，以及进一步提高研究结果的准确性。

S700脱模养护：待岩体浆料成型后，脱模获得岩体模型；恒温恒湿养护岩体模型七日，获得多组交叉节理岩体模型试件。

具体地，本实施例中，恒温恒湿养护的温度为20℃、相对湿度为95％。当然，在本申请的其他实施例中，养护温度可以适当向上或向下调节，例如：养护温度为18-22℃；养护相对湿度也可以适当调节，例如：养护相对湿度为93％-97％。

具体地，本实施例中，再次向浇注腔内浇注岩体浆料后，可以静置24小时后脱模获得岩体模型。当然，岩体浆料的配比不同，成型用时也不同，使用者可以根据实际情况进行脱模。

综上，本实施例提供的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，制备的节理模具100的厚度与目标节理缝厚度一致，节理模具100相邻两段板材110的夹角为目标节理角度，相邻两段平行的板材110的距离为目标节理间距，从而能够准确地模拟岩体的节理缝厚度、节理角度和节理间距等节理参数，实现对节理300的较好模拟，进而有利于提高研究结果的准确性。此外，节理模具100的长度与浇注腔的长度相等，节理模具100的宽度为浇注腔的宽度的1/n，n为大于等于2的整数，所以，将节理模具100放入浇注腔，节理模具100能够填满浇注腔，从而使得制备的岩体模型试件的周边也能够准确地反映岩体的特性；而使相邻两个节理模具100相对放置，能够形成多组交叉节理，不仅能够模拟岩体的多组交叉节理，且多个节理模具100组装的方式，便于脱模，能够提高制备效率；另外，获得岩体条400后，在其两侧涂抹节理浆料以形成节理层，以及将形成有节理层的岩体条400放入浇注腔内后，再次向浇注腔内浇注岩体浆料以填充空隙，使得制得的多组交叉节理岩体模型试件不仅能够准确地模拟多组交叉节理，而且结构更加坚固，从而有利于进一步提高对节理的模拟效果，以及进一步提高研究结果的准确性。

本实施例还提供一种多组交叉节理岩体模型试件制备装置，如图2至图4所示，该多组交叉节理岩体模型试件制备装置，包括浇注箱200和至少两个节理模具100，节理模具100包括多段板材110，各段板材110的长度相等，且各段板材110的一端位于第一平面内，各段板材110的另一端位于第二平面内，第二平面与第一平面平行；相邻两段板材110的夹角β为目标节理角度，相邻两段平行的板材110的距离c为目标节理间距，板材110的厚度d与目标节理缝厚度一致；节理模具100的长度a与浇注箱200的浇注腔的长度相等，宽度b为浇注腔的宽度的1/n，n为大于等于2的整数。

本实施例提供的多组交叉节理岩体模型试件制备装置中，节理模具100的厚度与目标节理缝厚度一致，节理模具100相邻两段板材110的夹角为目标节理角度，相邻两段平行的板材110的距离为目标节理间距，从而能够准确地模拟岩体的节理缝厚度、节理角度和节理间距等节理参数，实现对节理的较好模拟，进而有利于提高研究结果的准确性。此外，节理模具100的长度与浇注腔的长度相等，节理模具100的宽度为浇注腔的宽度的1/n，n为大于等于2的整数，所以，将节理模具100放入浇注腔，节理模具100能够填满浇注腔，从而使得制备的岩体模型试件的周边也能够准确地反映岩体的特性。另外，使用时，可以将相邻两个节理模具100相对放置，形成多组交叉节理，不仅能够模拟岩体的多组交叉节理，而且能够采用组装的方式，便于脱模，从而能够提高制备效率。

具体地，本实施例中，节理模具100由一片白铁皮反复弯折而成。当然，在本申请的其他实施例中，节理模具100的材质不限于白铁皮，成型方式也不限于反复弯折，例如：节理模具100还可以由多段钢板焊接而成等。即，只要节理模具100的形状呈折角波浪形以能够组装形成多组交叉节理，且能够准确地模拟节理缝厚度、节理角度和节理间距等节理参数，本申请对节理模具100的材质和成型方式可以不作具体限制。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种多组交叉节理岩体模型试件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100 制作多个节理模具（100）：选用厚度与目标节理缝厚度一致的板材，反复弯折，使各段板材（110）的一端位于第一平面内，各段板材（110）的另一端位于第二平面内，第二平面与第一平面平行；使各段板材（110）的长度相等，相邻两段板材（110）的夹角为目标节理角度，相邻两段平行的板材（110）的距离为目标节理间距；使节理模具（100）的长度与浇注箱（200）的浇注腔的长度相等，宽度为浇注腔的宽度的1/n，n为大于等于2的整数；

S200 安装节理模具（100）：将节理模具（100）竖直放入浇注腔内，填满浇注腔，且使相邻两个节理模具（100）相对；

S300 向浇注腔内浇注岩体浆料，并使岩体浆料的高度不高于节理模具（100）的高度；

S400 待岩体浆料成型后，脱模获得岩体条（400）；

S500 在各岩体条（400）的两侧涂抹节理浆料，使各岩体条（400）的两侧均形成厚度为d/2的节理层，d为板材厚度和目标节理缝厚度；

S600 将形成有节理层的岩体条（400）放入浇注腔内，且使相邻两个岩体条（400）相对，并再次向浇注腔内浇注岩体浆料，以填充空隙；

S700 脱模养护：待岩体浆料成型后，脱模获得岩体模型；恒温恒湿养护岩体模型七日，获得多组交叉节理岩体模型试件。

2.根据权利要求1所述的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，其特征在于，节理模具（100）的材质为白铁皮。

3.根据权利要求1所述的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，其特征在于，步骤S200还包括：将节理模具（100）放入浇注腔内前，在节理模具（100）表面刷脱模剂。

4.根据权利要求1所述的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，其特征在于，步骤S300还包括：向浇注腔内浇注岩体浆料前，充分搅拌岩体浆料；向浇注腔内浇注岩体浆料后，振动浇注箱（200）以去除气泡和空隙。

5.根据权利要求1所述的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，其特征在于，步骤S500还包括：涂抹节理浆料前，去除岩体条（400）两侧的脱模剂并使岩体条（400）两侧形成毛面。

6.根据权利要求1所述的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，其特征在于，步骤S700中，恒温恒湿养护的温度为20℃、相对湿度为95%。

7.根据权利要求1所述的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，其特征在于，所述岩体浆料为快干水泥、砂和水配制的水泥砂浆。

8.根据权利要求1所述的多组交叉节理岩体模型试件制备方法，其特征在于，所述节理浆料为粉煤灰、快干水泥、橡胶粉和水配制的浆料。