CN117074150B - 节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置及制备方法,包括顶部具有箱口的试样制备箱,试样制备箱由制备箱本体、左插接板、右插接板组合而成;所述左插接板对应标记划设有若干个岩层线A,所述右插接板对应标记划设有与岩层线A相对应的岩层线B;所述左插接板或/和右插接板可拆卸式插接有若干个横节理裂隙生成板。本发明能够制备出含有节理裂隙的相似模拟岩层试样,可以对应模拟岩层的横节理裂隙、竖节理裂隙,便于进行包含节理裂隙的相似模拟岩层试样的力学实验研究,便于后续实验知晓力学实验的节理裂隙间耦合作用,提高了岩层力学实验研究结果的精确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及岩层力学实验研究及试样制备领域,尤其涉及一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置及制备方法。
背景技术
岩层力学实验是模拟岩层的岩性并制备出岩层试样,便于进行抗压、抗拉及力学加载等实验,这对于获取各类岩层基本力学参数、了解各类岩层基本力学性质,指导工程实践实施,具有重要作用。真实岩层内部包含有节理(节理是很常见的一种构造地质现象,就是我们在岩石露头上所见的裂缝,或称岩石的裂缝)与裂隙(岩石受力后断开并沿断裂面无显著位移的断裂构造),节理与裂隙统称为节理裂隙,现有相似模拟岩层试样没有考虑节理裂隙,这不利于含有节理裂隙的岩层结构相关实验研究(有节理裂隙岩层结构的相似模拟岩层试样,更接近于真实岩层结构,抗压、抗拉及力学加载等实验也更贴近真实),岩层结构中的节理裂隙对抗压、抗拉及力学加载等实验影响较大,故此影响着相似模拟岩层试样的实验精确性。现有技术无法制备出含有节理裂隙岩层结构的相似模拟岩层试样,也没有节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置,这导致岩层力学实验研究结果存在误差。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术所指出的技术问题,提供一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置及制备方法,能够制备出含有节理裂隙的相似模拟岩层试样,可以对应模拟岩层的横节理裂隙、竖节理裂隙,便于进行包含节理裂隙的相似模拟岩层试样的力学实验研究,便于后续实验知晓力学实验的节理裂隙间耦合作用,提高了岩层力学实验研究结果的精确性和可靠性。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置,包括顶部具有箱口的试样制备箱,试样制备箱由制备箱本体、左插接板、右插接板组合而成;所述左插接板对应标记划设有若干个岩层线A,所述右插接板对应标记划设有与岩层线A相对应的岩层线B;所述左插接板或/和右插接板可拆卸式插接有若干个横节理裂隙生成板。
为了更好地实现本发明节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置,本发明还包括竖节理裂隙生成板,所述左插接板的所有岩层线A从下至上依次划设,所述右插接板的所有岩层线B从下至上依次划设,所述左插接板的岩层线A数量与右插接板的岩层线B数量相同,所述左插接板的第n层岩层线A与右插接板的第n层岩层线B对应构成相似模拟岩层的第n层岩层分界线,第n层岩层分界线与第n-1层岩层分界线之间构成第n层岩层生成区,第n层岩层生成区内部布设有若干个竖节理裂隙生成板。
优选地,所述制备箱本体由前侧板、后侧板、底板组成,制备箱本体的截面呈“U”字形,所述左插接板通过连接螺钉连接固定于制备箱本体左侧,所述右插接板通过连接螺钉连接固定于制备箱本体右侧。
优选地,所述左插接板、右插接板均由可穿刺插接的软质材料制造。
优选地,所述左插接板、右插接板均由泡沫材料制造。
优选地,所述横节理裂隙生成板外部和竖节理裂隙生成板外部均紧密包裹有塑料薄膜。
一种利用节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置的节理裂隙相似模拟岩层试样制备方法,其方法包括:
S1、根据地质构造的岩性在左插接板和右插接板上按比例标记划设岩层线A、岩层线B,左插接板的第n层岩层线A与右插接板的第n层岩层线B对应构成相似模拟岩层的第n层岩层分界线,第n层岩层分界线与第n-1层岩层分界线之间构成第n层岩层生成区,n为正整数;
S2、根据设计规划的横节理裂隙,在第一层岩层生成区中布设包裹有塑料薄膜的横节理裂隙生成板,横节理裂隙生成板插接固定于左插接板或右插接板上;按照第一层岩层生成区的岩性性质在第一层岩层生成区利用相似材料构筑第一层相似岩层,在构筑第一层相似岩层的同时,按照如下方法布设与拔出竖节理裂隙生成板:
根据设计规划的竖节理裂隙,在构筑第一层岩层生成区中从下至上依次布设竖向的竖节理裂隙生成板;当构筑到第一层岩层生成区的竖节理裂隙最低点时,将对应包裹有塑料薄膜的竖节理裂隙生成板插入固定于第一层岩层生成区的第一层相似岩层上;当构筑到第一层岩层生成区的竖节理裂隙最高点时,将对应的竖节理裂隙生成板取出生成所对应的竖节理裂隙,然后在竖节理裂隙顶端覆盖一层塑料薄膜以实现生成的竖节理裂隙保护作业;依次实现第一层岩层生成区内所有竖节理裂隙的生成作业;
S3、按照步骤S2的方法实现所有岩层生成区的竖节理裂隙生成作业,然后破坏左插接板和右插接板,将各个岩层生成区中的横节理裂隙生成板抽出对应形成横节理裂隙,得到包含横节理裂隙、竖节理裂隙在内节理裂隙的节理裂隙相似模拟岩层试样,对节理裂隙相似模拟岩层试样进行硬化处理。
为了更好地实现本发明节理裂隙相似模拟岩层试样制备方法,本发明还包括如下方法:
S4、将硬化处理后的节理裂隙相似模拟岩层试样进行使用切割规划,然后切割成若干个节理裂隙相似模拟岩层研究试样。
本发明较现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
本发明提供了一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置,能够制备出含有节理裂隙的相似模拟岩层试样,可以对应模拟岩层的横节理裂隙、竖节理裂隙,便于进行包含节理裂隙的相似模拟岩层试样的力学实验研究,便于后续实验知晓力学实验的节理裂隙间耦合作用,扩展了实验研究结果的丰富性,有利于在岩层力学实验时进行节理裂隙传递、扩展等方面研究,提高了岩层力学实验研究结果的精确性和可靠性。
附图说明
图1为实施例中试样制备箱的装配示意图;
图2为实施例中试样制备箱组装左插接板、右插接板后的结构示意图;
图3为实施例中试样制备箱左插接板、右插接板标记划设岩层线的举例示例图;
图4为实施例中去掉制备箱本体以举例三层岩层生成区布设横节理裂隙生成板的示意图;
图5为实施例中以第一岩层生成区举例布设竖节理裂隙生成板的示意图;
图6为实施例中生成节理裂隙相似模拟岩层试样后的纵向截面示意图;
图7为从图6中截取节理裂隙相似模拟岩层研究试样的示意图。
其中,附图中的附图标记所对应的名称为:
1-制备箱本体,11-底板,12-箱口,2-左插接板,21-岩层线A,3-右插接板,31-岩层线B,4-连接螺钉,5-横节理裂隙生成板,6-第一岩层生成区,7-竖节理裂隙生成板,8-横节理裂隙,9-竖节理裂隙,10-第一种横节理裂隙组合形态,13-第二种横节理裂隙组合形态,14-第三种横节理裂隙组合形态。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明:
实施例
如图1~图7所示,一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置,包括顶部具有箱口12的试样制备箱,试样制备箱由制备箱本体1、左插接板2、右插接板3组合而成。左插接板2对应标记划设有若干个岩层线A21,右插接板3对应标记划设有与岩层线A21相对应的岩层线B31,优选地,左插接板2的所有岩层线A21从下至上依次划设(如图3的举例所示,左插接板2从下至上依次划设有三条岩层线A21),右插接板3的所有岩层线B31从下至上依次划设(如图3的举例所示,右插接板3从下至上依次划设有三条岩层线B31)。左插接板2或/和右插接板3可拆卸式插接有若干个横节理裂隙生成板5(如图4的举例所示,左插接板2插接若干个横节理裂隙生成板5,右插接板3插接若干个横节理裂隙生成板5,横节理裂隙生成板5的形状、大小按实际所需构造,即按照所需得到的横节理裂隙8对应制造)。在配套使用时,本发明节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置还配套包括若干个竖节理裂隙生成板7。左插接板2的岩层线A21数量与右插接板3的岩层线B31数量相同,左插接板2的第n层岩层线A21与右插接板3的第n层岩层线B31对应构成相似模拟岩层的第n层岩层分界线,第n层岩层分界线与第n-1层岩层分界线之间构成第n层岩层生成区(如图5所示,最下方的岩层生成区为第一岩层生成区6,是第1层岩层分界线到底板11之间的区域),第n层岩层生成区内部布设有若干个竖节理裂隙生成板7(竖节理裂隙生成板7的布设数量、大小按照实际所需构造,即按照所需得到的竖节理裂隙9对应制造)。
如图1、图2所示,制备箱本体1由前侧板(按照图1所示的前方侧板)、后侧板(按照图1所示的后方侧板)、底板11组成,制备箱本体1的截面呈“U”字形,左插接板2(按照图1所示左侧的未连接侧板)通过连接螺钉4连接固定于制备箱本体1左侧,右插接板3(按照图1所示右侧的未连接侧板)通过连接螺钉4连接固定于制备箱本体1右侧。
本发明左插接板2、右插接板3均由可穿刺插接的软质材料制造;优选地,左插接板2、右插接板3均由泡沫材料制造(比如泡沫板或可插接、破坏的纸板)。在一些实施例中,制备箱本体1也可以同样采用可穿刺插接的软质材料制造。
在一些实施例中,横节理裂隙生成板5外部和竖节理裂隙生成板7外部均紧密包裹有塑料薄膜,塑料薄膜可利于横节理裂隙生成板5、竖节理裂隙生成板7的拔出作业。
一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备方法,包括本实施例的节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置,其方法包括:
S1、根据地质构造的岩性在左插接板2和右插接板3上按比例(本发明制备出的节理裂隙相似模拟岩层试样为根据真实岩层模拟制备并按比例缩小的试样)标记划设岩层线A21、岩层线B31,左插接板2的第n层岩层线A21与右插接板3的第n层岩层线B31对应构成相似模拟岩层的第n层岩层分界线,第n层岩层分界线与第n-1层岩层分界线之间构成第n层岩层生成区,n为正整数。如图5所示,最下方的岩层生成区为第一岩层生成区6,是第1层岩层分界线到底板11之间的区域。
S2、根据设计规划的横节理裂隙8,在第一层岩层生成区6中布设包裹有塑料薄膜的横节理裂隙生成板5,横节理裂隙生成板5插接固定于左插接板2或右插接板3上(若所需生成竖节理裂隙9在横节理裂隙生成板5正下方,则在该层岩层生成区的竖节理裂隙9生成之后,再对应插接横节理裂隙生成板5,这样便于制备操作)。按照第一层岩层生成区的岩性性质在第一层岩层生成区利用相似材料构筑第一层相似岩层,在构筑第一层相似岩层的同时,按照如下方法布设与拔出竖节理裂隙生成板7:
根据设计规划的竖节理裂隙9,在构筑第一层岩层生成区6中从下至上依次布设竖向的竖节理裂隙生成板7。当构筑到第一层岩层生成区6的竖节理裂隙9最低点时,将对应包裹有塑料薄膜的竖节理裂隙生成板7插入固定于第一层岩层生成区的第一层相似岩层上。当构筑到第一层岩层生成区6的竖节理裂隙9最高点时,将对应的竖节理裂隙生成板7取出生成所对应的竖节理裂隙9,然后在竖节理裂隙9顶端覆盖一层塑料薄膜以实现生成的竖节理裂隙9保护作业。依次实现第一层岩层生成区6内所有竖节理裂隙9的生成作业。
S3、按照步骤S2的方法实现所有岩层生成区的竖节理裂隙9生成作业,然后破坏左插接板2和右插接板3,将各个岩层生成区中的横节理裂隙生成板5抽出对应形成对应的横节理裂隙8(在抽出横节理裂隙生成板5,各个岩层生成区中的相似材料未硬化),得到包含横节理裂隙8、竖节理裂隙9在内节理裂隙的节理裂隙相似模拟岩层试样,对节理裂隙相似模拟岩层试样进行硬化处理。这样就得到节理裂隙相似模拟岩层试样(岩层试样包含有节理裂隙),利用节理裂隙相似模拟岩层试样进行抗压、抗拉及力学加载等实验。如图6举例所示,可以生成代表性的三种横节理裂隙组合形态,第一种横节理裂隙组合形态10由两条未连接的横节理裂隙相对应,第二种横节理裂隙组合形态13由两个相互搭接的横节理裂隙组合,第三种横节理裂隙组合形态14由两条上下叠放的横节理裂隙组合。
在一些实施例中,本发明还包括如下方法:
S4、将硬化处理后的节理裂隙相似模拟岩层试样进行使用切割规划,然后切割成若干个节理裂隙相似模拟岩层研究试样,如图7所示,可从节理裂隙相似模拟岩层试样中切割出节理裂隙相似模拟岩层研究试样,便于单独进行不同节理裂隙情况下的实验研究。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种利用节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置的节理裂隙相似模拟岩层试样制备方法,其特征在于:所述节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置,包括顶部具有箱口(12)的试样制备箱,试样制备箱由制备箱本体(1)、左插接板(2)、右插接板(3)组合而成;所述左插接板(2)对应标记划设有若干个岩层线A(21),所述右插接板(3)对应标记划设有与岩层线A(21)相对应的岩层线B(31);所述左插接板(2)或/和右插接板(3)可拆卸式插接有若干个横节理裂隙生成板(5);所述左插接板(2)的第n层岩层线A(21)与右插接板(3)的第n层岩层线B(31)对应构成相似模拟岩层的第n层岩层分界线,第n层岩层分界线与第n-1层岩层分界线之间构成第n层岩层生成区,第n层岩层生成区内部布设有若干个竖节理裂隙生成板(7);所述左插接板(2)的所有岩层线A(21)从下至上依次划设,所述右插接板(3)的所有岩层线B(31)从下至上依次划设,所述左插接板(2)的岩层线A(21)数量与右插接板(3)的岩层线B(31)数量相同;所述制备箱本体(1)由前侧板、后侧板、底板(11)组成,制备箱本体(1)的截面呈“U”字形,所述左插接板(2)通过连接螺钉(4)连接固定于制备箱本体(1)左侧,所述右插接板(3)通过连接螺钉(4)连接固定于制备箱本体(1)右侧;所述左插接板(2)、右插接板(3)均由可穿刺插接的软质材料制造;所述横节理裂隙生成板(5)外部和竖节理裂隙生成板(7)外部均紧密包裹有塑料薄膜;其方法包括:
S1、根据地质构造的岩性在左插接板(2)和右插接板(3)上按比例标记划设岩层线A(21)、岩层线B(31),左插接板(2)的第n层岩层线A(21)与右插接板(3)的第n层岩层线B(31)对应构成相似模拟岩层的第n层岩层分界线,第n层岩层分界线与第n-1层岩层分界线之间构成第n层岩层生成区,n为正整数;最下方的岩层生成区为第一岩层生成区(6),是第一层岩层分界线到底板(11)之间的区域;
S2、根据设计规划的横节理裂隙(8),在第一层岩层生成区中布设包裹有塑料薄膜的横节理裂隙生成板(5),横节理裂隙生成板(5)插接固定于左插接板(2)或右插接板(3)上,若所需生成竖节理裂隙(9)在横节理裂隙生成板(5)正下方,则在该层岩层生成区的竖节理裂隙(9)生成之后,再对应插接横节理裂隙生成板(5);按照第一层岩层生成区的岩性性质在第一层岩层生成区利用相似材料构筑第一层相似岩层,在构筑第一层相似岩层的同时,按照如下方法布设与拔出竖节理裂隙生成板(7):
根据设计规划的竖节理裂隙(9),在构筑第一层岩层生成区中从下至上依次布设竖向的竖节理裂隙生成板(7);当构筑到第一层岩层生成区的竖节理裂隙(9)最低点时,将对应包裹有塑料薄膜的竖节理裂隙生成板(7)插入固定于第一层岩层生成区的第一层相似岩层上;当构筑到第一层岩层生成区的竖节理裂隙(9)最高点时,将对应的竖节理裂隙生成板(7)取出生成所对应的竖节理裂隙(9),然后在竖节理裂隙(9)顶端覆盖一层塑料薄膜以实现生成的竖节理裂隙(9)保护作业;依次实现第一层岩层生成区内所有竖节理裂隙(9)的生成作业;
S3、按照步骤S2的方法实现所有岩层生成区的横节理裂隙(8)和竖节理裂隙(9)生成作业,然后破坏左插接板(2)和右插接板(3),将各个岩层生成区中的横节理裂隙生成板(5)抽出对应形成横节理裂隙(8),得到包含横节理裂隙(8)、竖节理裂隙(9)在内节理裂隙的节理裂隙相似模拟岩层试样,对节理裂隙相似模拟岩层试样进行硬化处理。
2.按照权利要求1所述的节理裂隙相似模拟岩层试样制备方法,其特征在于:还包括如下方法:
S4、将硬化处理后的节理裂隙相似模拟岩层试样进行使用切割规划,然后切割成若干个节理裂隙相似模拟岩层研究试样。
3.按照权利要求1所述的节理裂隙相似模拟岩层试样制备方法,其特征在于:所述左插接板(2)、右插接板(3)均由泡沫材料制造。
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