CN114486438A - 天然非规则岩体结构面直接剪切试样及其制作模具、制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种天然非规则岩体结构面直接剪切试样及其制作模具、制作方法。适用于岩体工程技术领域。本发明所采用的技术方案是：一种天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于：包括中部含有天然非规则岩体结构面的岩芯，岩芯的上部包裹上部水泥砂浆壳，岩芯的下部包裹下部水泥砂浆壳，上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳之间留有间隙，该间隙与岩芯上天然非规则岩体结构面的位置对应。一种剪切试样制作模具，用于制作所述的天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于：具有模框，模框内具有用于在浇筑所述上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳时固定所述岩芯的固定机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种天然非规则岩体结构面直接剪切试样及其制作模具、制作方法。适用于岩体工程技术领域。
背景技术
在岩土工程中，岩体结构面剪切力学参数的准确获取是工程进行设计、施工及安全稳定性评价最为重要条件。对天然非规则岩体结构面进行相应的剪切试验，是进行天然非规则岩体结构面剪切力学参数的重要获取手段。但是，由于天然非规则岩体结构面抗拉强度较低，导致其在试样制作及切割的过程中容易产生拉破坏，进而无法对天然非规则岩体结构面进行剪切试验。同时，由于天然非规则岩体结构面的非规则性，目前技术也无法对其进行大批量制作，所以无法获得天然非规则岩体结构面在不同力学边界加载条件下的剪切力学特性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种天然非规则岩体结构面直接剪切试样及其制作模具、制作方法。
本发明所采用的技术方案是：一种天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于：包括中部含有天然非规则岩体结构面的岩芯，岩芯的上部包裹上部水泥砂浆壳，岩芯的下部包裹下部水泥砂浆壳，上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳之间留有间隙，该间隙与岩芯上天然非规则岩体结构面的位置对应。
所述上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳的形状大小满足剪切试验机的要求。
所述上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳所采用的水泥砂浆中水泥、天然砂和水的重量比为2:2:1。
所述上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳所采用的水泥砂浆中水泥选择高强度水泥，水泥标号在C45以上。
所述上部水泥砂浆壳下端距岩芯的天然非规则岩体结构面1cm，下部水泥砂浆壳上端距岩芯的天然非规则岩体结构面1cm。
一种剪切试样制作模具，用于制作所述的天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于：具有模框，模框内具有用于在浇筑所述上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳时固定所述岩芯的固定机构。
所述固定机构具有设置于所述模框四壁中心的四根螺栓，螺栓安装于模框壁上的螺纹通孔内。
一种剪切试样制作方法，用于制作所述的天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于，包括：
将岩芯放入所述剪切试样制作模具内，并通过固定机构固定岩芯；
往剪切试样制作模具内注入水泥砂浆至接近岩芯的天然非规则岩体结构面，形成下部水泥砂浆壳；
模具内的水泥砂浆凝固后往模具内填充细沙，形成位于下部水泥砂浆壳上方的细沙层，该细沙层上端面位于岩芯的天然非规则岩体结构面上方；
往剪切试样制作模具内注入水泥砂浆至模具顶端，形成位于细沙层上方的上部水泥砂浆壳；
在下部水泥砂浆壳和上部水泥砂浆壳达到规定强度后拆除模具并去掉上、下部水泥砂浆壳之间的细沙，完成剪切试样的制作。
本发明的有益效果是：本发明通过在岩芯的上部和下部分别包裹上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆，使易产生破坏的岩芯仍能适配剪切试验机，从而能够对天然非规则岩体结构面直接剪切试样开展大规模的制作，并能够在此基础上获取其剪切力学特性，为相关岩体工程的设计、施工及安全稳定性评价提供基础。
本发明解决了以往剪切试验中对岩体结构面试样的制作要求较高的问题，特别适用于当岩体结构面剪切试样的尺寸要符合剪切盒尺寸等相关要求时，可大大提高天然非规则岩体结构面的制样成功率，使得对于天然非规则岩体结构面的剪切试验能够有效进行。
附图说明
图1为实施例中剪切试样的结构示意图。
图2为实施例中模具的俯视图。
图3为实施例中模具的侧视图。
图4为图2的A-A剖视图。
图5为实施例中模具内放入岩芯的结构示意图。
图6为实施例中模具内浇筑完成后的结构示意图。
图7为实施例中剪切试样制作方法的流程图。
1、模具；2、螺栓；3、岩芯；4、下部水泥砂浆壳；5、上部水泥砂浆壳；6、细沙。
具体实施方式
本实施例为一种天然非规则岩体结构面直接剪切试样，包括岩芯，岩芯的中部含有天然非规则岩体结构面，岩芯的上部包裹上部水泥砂浆壳，岩芯的下部包裹下部水泥砂浆壳，上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳之间留有间隙，该间隙与岩芯上天然非规则岩体结构面的位置对应。
本例中上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳的形状大小满足剪切试验机的要求。上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳所采用的水泥砂浆中水泥、天然砂和水的重量比为2:2:1，其中水泥选择高强度水泥，水泥标号在C45以上。
本实施例中上部水泥砂浆壳下端位于岩芯的天然非规则岩体结构面上方约1cm处，下部水泥砂浆壳上端位于岩芯的天然非规则岩体结构面下方约1cm处。
本实施例还提供了一种用于制作天然非规则岩体结构面直接剪切试样的剪切试样制作模具，具有长方体形的模框(材料可以为钢类、塑料类、树脂类等)，模框内设有固定机构，用于在浇筑上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳时固定岩芯。
本例中固定机构具有分别设置于模框四壁中心的四根螺栓，模框壁的中心位置设有螺纹通孔，螺栓穿装于螺纹通孔并与螺纹通孔螺纹连接，通过转动螺栓配合螺纹通孔可使螺栓沿其轴向移动，从而实现卡紧固定模框内的岩芯。
本实施例中天然非规则岩体结构面直接剪切试样的制作方法包括以下步骤：
101、对天然非规则岩体结构面进行大尺寸岩芯钻取；为保证天然非规则岩体结构面剪切试样的制样成功率，在岩芯钻取时要尽量选择大直径钻杆地质钻，在本实施例中，地质钻钻杆的孔径为220mm；
102、对大尺寸岩芯所含的天然非规则岩体结构面进行切割，其切割尺寸不大于岩体剪切试验机剪切盒的尺寸；在对大尺寸岩芯所含的天然非规则岩体结构面进行切割时，可选用线切割的方式，以减少在切割过程中岩体结构面力学性质的影响；
103、准备剪切试样制作模具作为天然非规则岩体结构面试样剪切试验浇筑模具，在模具内表面涂润滑油，以方便模具拆卸；
104、将切割好后的大尺寸岩芯放入至模具中，并将其采用螺栓将岩芯固定在模具内的中心处；螺栓对应天然非规则岩体结构面设置，固定切割好的非规则天然非规则岩体结构面，螺栓的粗细需满足一定要求，从而能够悬空固定天然非规则岩体结构面上、下的岩芯；
105、进行水泥砂浆的制作；在水泥砂浆的制作过程中，应该选择高强度水泥，水泥标号在C45以上；水泥、天然砂和水的重量比为2:2:1；按照以上要求将水泥砂浆进行充分搅拌，备用；
106、将所制作的水泥砂浆浇筑在模具中；
在浇筑过程中首先将岩芯底部进行水泥砂浆浇筑，水泥砂浆浇筑至距天然非规则岩体结构面1cm处，形成下部水泥砂浆壳；
首次浇筑后让水泥砂浆进行凝固，凝固一小时后在已经浇筑好的水泥砂浆面填充细沙，形成位于下部水泥砂浆壳上方的细沙层，用以隔离上下部所浇筑的水泥砂浆，细沙层上端面位置为天然非规则岩体结构面向上1cm处；
进行岩体试样的二次浇筑，往剪切试样制作模具内注入水泥砂浆至模具顶端，并抹平，形成位于细沙层上方的上部水泥砂浆壳；
107、将所制作的天然非规则岩体结构面直接剪切试样按照混凝土的标准养护方法进行养护28天；
108、在天然非规则岩体结构面直接剪切试样养护到规定强度之后，对试样的模具进行拆卸；
109、在天然非规则岩体结构面直接剪切试样的模具拆卸后，将结构面上、下部水泥砂浆壳之间的细沙去掉，形成与天然非规则岩体结构面对应的间隙，完成剪切试样的制作；
110、对所制作的天然非规则岩体结构面直接剪切试样进行相关的剪切试验；可通过3D扫描等方式实现对天然非规则岩体结构面表面的三维识别，并在此基础上计算非规则天然非规则岩体结构面的面积，进而确定该天然非规则岩体结构面的剪切力学特性。
Claims (8)
1.一种天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于：包括中部含有天然非规则岩体结构面的岩芯，岩芯的上部包裹上部水泥砂浆壳，岩芯的下部包裹下部水泥砂浆壳，上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳之间留有间隙，该间隙与岩芯上天然非规则岩体结构面的位置对应。
2.根据权利要求1所述的天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于：所述上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳的形状大小满足剪切试验机的要求。
3.根据权利要求1所述的天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于：所述上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳所采用的水泥砂浆中水泥、天然砂和水的重量比为2:2:1。
4.根据权利要求1或3所述的天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于：所述上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳所采用的水泥砂浆中水泥选择高强度水泥，水泥标号在C45以上。
5.根据权利要求1所述的天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于：所述上部水泥砂浆壳下端距岩芯的天然非规则岩体结构面1cm，下部水泥砂浆壳上端距岩芯的天然非规则岩体结构面1cm。
6.一种剪切试样制作模具，用于制作权利要求1～5任意一项所述的天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于：具有模框，模框内具有用于在浇筑所述上部水泥砂浆壳和下部水泥砂浆壳时固定所述岩芯的固定机构。
7.根据权利要求6所述的剪切试样制作模具，其特征在于：所述固定机构具有设置于所述模框四壁中心的四根螺栓，螺栓安装于模框壁上的螺纹通孔内。
8.一种剪切试样制作方法，用于制作权利要求1～5任意一项所述的天然非规则岩体结构面直接剪切试样，其特征在于，包括：
将岩芯放入权利要求6或7所述剪切试样制作模具内，并通过固定机构固定岩芯；
往剪切试样制作模具内注入水泥砂浆至接近岩芯的天然非规则岩体结构面，形成下部水泥砂浆壳；
模具内的水泥砂浆凝固后往模具内填充细沙，形成位于下部水泥砂浆壳上方的细沙层，该细沙层上端面位于岩芯的天然非规则岩体结构面上方；
往剪切试样制作模具内注入水泥砂浆至模具顶端，形成位于细沙层上方的上部水泥砂浆壳；
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220513 |
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