岩石试样内部预制裂纹的制作方法技术

本发明专利技术提供一种岩石试样内部预制裂纹的制作方法，包含以下步骤：步骤一，岩石试样的切割；步骤二，裂纹制作：使用机床或水刀进行预制裂纹加工，在试样单元的两个端面，即岩石试样的切割面上进行钻孔，进而形成裂纹；步骤三，试样单元的拼接；步骤四，拼接试样的养护：拼接完成后，采用常压蒸发养护，养护结束后，在自然条件下静置风干，再使用细砂纸或湿抹布将拼接试样表面凸出的高强度水泥去除。该方法造价低、制作方便，可以进行批量制作。

【技术实现步骤摘要】
岩石试样内部预制裂纹的制作方法
本专利技术涉及一种岩石试样内部预制裂纹的制作方法，属于岩土工程

技术介绍
岩石种类繁多，性质复杂，对岩石力学特性的试验研究起步较晚。岩石的内部分布着大量的原生裂纹，甚至存着多条节理，而节理岩石试岩体工程中经常遇到的复杂介质，它具有非均匀性、各向异性和非连续性等特点，其强度、变形、破坏以及流变等特性，将直接影响岩体工程的设计、施工和加固方案。由于节理岩石制样困难，几乎无法批量制成规律的岩石试样用于室内试验研究。现在具有的3D打印技术制作一个内部带节理试样的成本过高，且只能制成各向同性的低强度试样。至今还未出现可以低价制作符合岩石力学特性的带有内部节理或裂隙的方法，这也制约着岩石力学特性研究的全面发展。综上所述，需要有一种能够在岩石试样内部制作节理或裂隙的方法，且此方法要满足造价低、制作方便、可以批量制作等要求。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种岩石试样内部预制裂纹的制作方法，该方法造价低、制作方便，可以进行批量制作。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种岩石试样内部预制裂纹的制作方法，包含以下步骤：步骤一，岩石试样的切割：使用切割机或机床将岩石试样切割成若干段试样单元，并对试样单元进行编号，分别为1、2、、、n，所切位置为待制作裂纹处，并且切割面平行于岩石试样的两个端面；步骤二，裂纹制作：使用机床或水刀进行预制裂纹加工，在试样单元的两个端面，即岩石试样的切割面上进行钻孔，进而形成裂纹；步骤三，试样单元的拼接：试样单元端面上的裂纹制作完成后，按照步骤一对试样单元的编号依次排列，进行首尾拼接；拼接处采用2mm厚的高强度水泥将相邻两块试样单元的端面进行粘接，从而形成拼接试样；拼接时，将被拼接的试样单元放入夹板内或借助垂直三角尺对被拼接的试样单元进行拼接，从而保证被拼接的试样单元的垂直度；步骤四，拼接试样的养护：拼接完成后，采用常压蒸发养护，养护结束后，在自然条件下静置风干，再使用细砂纸或湿抹布将拼接试样表面凸出的高强度水泥去除。进一步，所述步骤一中，切割面距离岩石试样的两个端面的距离不少于20mm。进一步，所述步骤二中，裂纹分为直线裂纹和折线裂纹，其中，直线裂纹的制作过程为：首先定位裂纹的起止端点，然后再采用机床或水刀进行钻孔加工；折线裂纹的制作过程为：裂纹的端点定位在岩石试样的切割面上，从端点所在切割面上开始进行钻孔加工。进一步，所述步骤三中，在进行试样单元拼接时，若相邻两块试样单元，其中一块试样单元上没有预制裂纹，另一块试样单元上有预制裂纹，则在没有预制裂纹的那块试样单元的端面上均匀涂抹上厚为2mm的高强度水泥，并用挂刷抹平，再将有预制裂纹的试样单元放置在高强度水泥上，待高强度水泥凝固风干后完成拼接；若相邻两块试样单元均存在贯通裂纹，则在涂抹高强度水泥前，先在被涂抹高强度水泥的试样单元端面的裂纹内插上与裂纹大小相同的塑料管，涂抹高强度水泥后，用挂刷抹平，然后将塑料管拔出后，再将另一块试样单元放置在高强度水泥上，待高强度水泥凝固风干后完成拼接。进一步，所述步骤四中，常压蒸发养护时，相对湿度为40-50%。进一步，所述步骤四中，常压蒸发养护时，温度为40-45度。本专利技术所达到的有益技术效果：本专利技术提供的一种岩石试样内部预制裂纹的制作方法，弥补了现有技术的空白，为开展节理类岩石室内实验提供了新的手段与技术支撑，极大的降低了试验成本，且操作简单，适用性广，制作的带有内部预制裂纹的岩石试样经实验测试，各项性质均满足实验研究所需要求。实验验证切割后拼接的试样的强度、透水性、脆性特性和剪胀特性等指标与完整试样十分接近，能够解决岩石试样无法在内部制作裂纹问题，对帯节理岩石的力学特性以及岩石裂纹对岩石力学特性的影响等研究具有重要的现实意义。另外，此方法还可用于复杂情况下隧道开挖的围岩稳定性实验研究，可以模拟复杂地质条件下隧道的开挖情况和多条隧道开挖时的相互影响情况。附图说明图1本专利技术实施例中切割前后岩石试样的强度对比图；图2本专利技术实施例中切割前后岩石试样单轴试验结果对比图；图3本专利技术实施例中切割前后岩石试样三轴试验结果对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供一种岩石试样内部预制裂纹的制作方法，包含以下步骤：步骤一，岩石试样的切割：使用切割机或机床将岩石试样切割成若干段试样单元，并对试样单元进行编号，分别为1、2、、、n，所切位置为待制作裂纹处，并且切割面平行于岩石试样的两个端面；切割面距离岩石试样的两个端面的距离不少于20mm。步骤二，裂纹制作：使用机床或水刀进行预制裂纹加工，在试样单元的两个端面，即岩石试样的切割面上进行钻孔，进而形成裂纹；裂纹分为直线裂纹和折线裂纹，其中，直线裂纹的制作过程为：首先定位裂纹的起止端点，然后再采用机床或水刀进行钻孔加工；折线裂纹的制作过程为：裂纹的端点定位在岩石试样的切割面上，从端点所在切割面上开始进行钻孔加工。步骤三，试样单元的拼接：试样单元端面上的裂纹制作完成后，按照步骤一对试样单元的编号依次排列，进行首尾拼接；拼接处采用2mm厚的高强度水泥将相邻两块试样单元的端面进行粘接，从而形成拼接试样；拼接时，将被拼接的试样单元放入夹板内或借助垂直三角尺对被拼接的试样单元进行拼接，从而保证被拼接的试样单元的垂直度；在进行试样单元拼接时，若相邻两块试样单元，其中一块试样单元上没有预制裂纹，另一块试样单元上有预制裂纹，则在没有预制裂纹的那块试样单元的端面上均匀涂抹上厚为2mm的高强度水泥，并用挂刷抹平，再将有预制裂纹的试样单元放置在高强度水泥上，待高强度水泥凝固风干后完成拼接；若相邻两块试样单元均存在贯通裂纹，则在涂抹高强度水泥前，先在被涂抹高强度水泥的试样单元端面的裂纹内插上与裂纹大小相同的塑料管，涂抹高强度水泥后，用挂刷抹平，然后将塑料管拔出后，再将另一块试样单元放置在高强度水泥上，待高强度水泥凝固风干后完成拼接。步骤四，拼接试样的养护：拼接完成后，采用常压蒸发养护，养护结束后，在自然条件下静置风干，再使用细砂纸或湿抹布将拼接试样表面凸出的高强度水泥去除；常压蒸发养护时，相对湿度为40-50%，温度为40-45度。实施例采用本专利技术提供的方法进行预制裂纹的制作，不但方法造价低、制作方便，而且可以进行批量制作。然而，在裂纹制作工程中，首先要对岩石试样进行切割，然后再用高强度水泥进行拼接，那么由于切割是否会对岩石试样的强度、脆性特性和剪胀特性等指标产生影响，下面以具体实施例进行详细说明。将岩石试样切割成两段，然后采用本专利技术提供的方便用高强度水泥将两段进行拼接，将拼接后的岩石试样与切割前的岩石试样进行对比可知：图1为切割前后岩石试样的强度对比图，横坐标为围压，单位为兆帕（MPa），纵坐标为轴压，单位为兆帕（MPa），从图中可以看出，切割前后岩石试样的峰值强度基本保持不变，说明切割对岩石试样的强度没有影响。图2为切割前后岩石试样通过单轴仪进行破坏的照片，从图中可以看出，切割前后的岩石试样，其破坏形式均为劈裂破坏，两者均表现出较高的脆性，且破坏后两者的完整性较差。由此说明，切割对岩石试样的脆性没有影响。图3为切割前后岩石试本文档来自技高网...

【技术保护点】
岩石试样内部预制裂纹的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一，岩石试样的切割：使用切割机或机床将岩石试样切割成若干段试样单元，并对试样单元进行编号，分别为1、2、、、n，所切位置为待制作裂纹处，并且切割面平行于岩石试样的两个端面；步骤二，裂纹制作：使用机床或水刀进行预制裂纹加工，在试样单元的两个端面，即岩石试样的切割面上进行钻孔，进而形成裂纹；步骤三，试样单元的拼接：试样单元端面上的裂纹制作完成后，按照步骤一对试样单元的编号依次排列，进行首尾拼接；拼接处采用2mm厚的高强度水泥将相邻两块试样单元的端面进行粘接，从而形成拼接试样；拼接时，将被拼接的试样单元放入夹板内或借助垂直三角尺对被拼接的试样单元进行拼接，从而保证被拼接的试样单元的垂直度；步骤四，拼接试样的养护：拼接完成后，采用常压蒸发养护，养护结束后，在自然条件下静置风干，再使用细砂纸或湿抹布将拼接试样表面凸出的高强度水泥去除。

【技术特征摘要】
1.岩石试样内部预制裂纹的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一，岩石试样的切割：使用切割机或机床将岩石试样切割成若干段试样单元，并对试样单元进行编号，分别为1、2、、、n，所切位置为待制作裂纹处，并且切割面平行于岩石试样的两个端面；步骤二，裂纹制作：使用机床或水刀进行预制裂纹加工，在试样单元的两个端面，即岩石试样的切割面上进行钻孔，进而形成裂纹；步骤三，试样单元的拼接：试样单元端面上的裂纹制作完成后，按照步骤一对试样单元的编号依次排列，进行首尾拼接；拼接处采用2mm厚的高强度水泥将相邻两块试样单元的端面进行粘接，从而形成拼接试样；拼接时，将被拼接的试样单元放入夹板内或借助垂直三角尺对被拼接的试样单元进行拼接，从而保证被拼接的试样单元的垂直度；步骤四，拼接试样的养护：拼接完成后，采用常压蒸发养护，养护结束后，在自然条件下静置风干，再使用细砂纸或湿抹布将拼接试样表面凸出的高强度水泥去除。2.根据权利要求1所述的岩石试样内部预制裂纹的制作方法，其特征在于：所述步骤一中，切割面距离岩石试样的两个端面的距离不少于20mm。3.根据权利要求1所述的岩石试样内部预制裂纹的制作方法，其特征在于：所述步骤二中，裂纹分为直线...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱其志，史海岭，王伟，张冬梅，李鹏飞，张坤，吴祝林，余乔娟，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32