一种反映原岩应力状态的错动带试样制备方法技术

本发明专利技术提供了一种反映原岩应力状态的错动带试样制备方法，属岩土工程技术领域。该制备方法首先进行错动带试验洞现场勘察，测定其距洞壁不同深度处的密度与含水率，选取参数趋于一致的位置取样，同时应用应力解除法获取取样地点的原岩应力；在室内重塑制样，包含制样准备、试样制备过程控制、试样后期标准化处理以及通过电镜扫描试验和力学实验进行试样与原状样对比分析。本方法采用替代法对错动带进行超粒径处理，同时控制预固结压力和稳压时间进行静载固结，对制样压力室改进，不仅结构简单、成本低廉，节约试验时间，更能反映错动带的天然特性，试验结果可靠度高，强度更接近实际，在制得反映原岩应力状态的均匀重塑样上达到了良好的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种室内试样制备方法，尤其涉及。
技术介绍
1.进入新世纪以来，我国已在西部金沙江、雅鲁藏布江规划和兴建了一系列水利水电工程，但这些水电站70%集中在内外动力地质作用强烈、岩体环境构造复杂、地质环境脆弱的西部深山峡谷，其规模和建设难度都是空前的。地下厂房洞室群作为主要的水工建筑物，规模巨大，遭遇层间错动带的机率大大增加。它的存在，给许多岩体工程的稳定带来严重威胁。据不完全统计，在我国已建和正建的大坝中，有90余座坝基下埋藏有层间错动带，其中由于层间错动带的影响而改变设计或增加工程量或后期加固的有30余座。2.考虑到其赋存环境条件，对于埋藏位置较深的层间错动带，其所处地应力较大，高法向压力试验条件下(一般指法向压力大于IMPa)会获得与低法向压力条件下不同的力学特性。例如，在建的白鹤滩水电站地下厂房遭遇了不利产出状态下的C2、C3、C4和C5等多个层间错动带，其力学性质较差，先期受到地质历史时期引起的围压作用；现场地应力实测最大主应力高达33.39MPa。因此错动带仍然承受着较高的应力状态。这种高应力状态是研究层间错动带所必须考虑的。传统的错动带试样室内制备未考虑这一重要因素，导致试验得到试样强度较低，无法较好的反映原状样强度。3.室内三轴剪切试验是测定岩土体抗剪强度的比较完善的方法，试验土样分为天然原状样和重塑样。原状样受取样环境和技术的影响，取样过程中会受很大程度扰动，同时试验结果离散性大，试验结果并不理想。然而，重塑样则相对性质均匀，离散性小。因此，国内外土工试验中主要使用性质均匀，离散性相对较小的重塑样。制备重塑样通常采取击实法和固结法，一些研究者也提出一些重塑样的制备方法和装置。中国专利申请号:200710164847.3，专利技术名称:一种空心圆柱扭剪仪及重塑样击实器，提出一套适用于扭剪试验重塑土样的制备装置，无法制备适合常规三轴剪切试验试样。中国专利申请号:200920109190.5，专利技术名称:实验室重塑海洋地基软粘土制备装置，利用真空抽吸软粘土达到制样标准，但是过程过于繁琐，制备的土样是大体积土体，需要大量二次修剪，对试验结果影响较大。中国专利申请号:201010564744.8，专利技术名称:轻型重塑土制样装置。装置采取有机玻璃，制样可视化操作，但是制样过程中采用排水措施，虽然可以在一定程度上缩短制样时间，但无法保证含水率。中国专利申请号:201210530125.6，专利技术名称:一种粉土三轴试验试验的制备方法及其装置。利用泥浆在对开圆模内在自重作用下沉淀，采用真空负压固结，但是未考虑原岩应力的影响。以上方法均未考虑岩石或土的原岩应力状态，特别是大埋深高应力状态，因此并未控制原岩应力、试验变形控制和稳压时间。对于错动带这种介于岩石和土之间的特殊产物，为了更好的开展错动带力学特性的研究，制备与现场力学性质接近反映原岩应力状态的错动带重塑样显得十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供，解决了错动带试样制备三大技术难题，包括试样的均匀性和含水率恒定、试样达到原岩应力状态并在此压力下达到稳定、高原岩应力状态下试样的质量以及装样拆样的效率。为了实现上述目的，本专利技术的技术解决方案为:，所述制备方法按以下步骤进行:A试验洞错动带现场勘察、测定与取样测定试验洞内错动带取样点的天然密度与天然含水率，做出密度和含水率随距试验洞洞壁深度的变化曲线，选取物理参数基本相同的位置取样，将取出的扰动样进行现场密封保存和编号记录，运回室内；B试验洞错动带取样点的原岩应力获取利用应力解除法，通过测量应力解除前后试验洞错动带取样点的钻孔孔径的变化计算三维地应力；C制样准备工作-1将错动带扰动样风干，再配至所需含水率，进行超粒径处理与颗粒粒度分析；D制样准备工作-2进行错动带试样制备系统的改进与准备；E试样制备过程控制包括错动带试样制备原岩应力控制与稳压控制，固结时间与位移控制与监测；F试样后期标准化处理以及与原状样对比分析检查试样，使试样高度、直径和表面平整度达到试验标准，并进行SEM扫描和三轴试验，与原状样进行结构和强度的对比，从而反映了试样制备的合理性。所述步骤C具体操作是:将获取的错动带扰动样团聚体用木槌轻轻敲散，保证错动带扰动样的颗粒粒径与现场一致，混合均匀在室外风干，通过替代法对错动带扰动样进行超粒径处理，即用仪器容许最大粒径以下的粗粒部分等量替代超粒，扰动样粒径小于等于仪器容许最大粒径，取足够试验用的土样，充分拌匀，测定风干含水率，装入保湿缸中备用；根据测得的天然含水率和干密度配至错动带所需含水率，并准确计算称量试样所需错动带样质量。所述步骤E制备步骤为:E-1取出可开合制样压力室，内压力筒采用三瓣结构设计，外压力筒采取对中二等分设计，将内压力筒内壁均匀涂抹一层凡士林，底座上平铺滤纸，同时利用内插垂直螺栓固定好底座和外压力筒，将内压力筒三瓣按顺序置于外压力筒内，通过内插水平螺栓用扳手将外压力筒箍紧，分层击实错动带样并进行拉毛处理，错动带扰动样装好后，在扰动样上部平铺滤纸，并把带有导杆的压头置于滤纸之上，装样完毕；E-2将制样压力室置于液压测力千斤顶正下方，千斤顶上连接测力表，手压活动手柄，观察千斤顶活塞，待千斤顶活塞与制样压头接触后缓慢均匀施加压力，实时观察测力表的读数，待压力达到预固结压力停止加载，预固结压力稍高于原岩应力；E-3将稳压长杆套在活动手柄上，长杆尾部挂上加载砝码盘，调整稳压长杆的位置，增删加载砝码数目直至测力表数值稳定；E-4将位移监测装置千分表固定于反力架上，千分表活动表头置于制样压头导杆之上，调整千分表读数至较大值。每隔一定时间记录千分表读数。绘制错动带试样竖向变形-时间变化曲线，待曲线水平时稳压时间确定，表明错动带试样在先期固结压力原岩应力状态下基本稳定，可取出试样。本专利技术与传统制样方法相比，具有以下优点:(I)采用替代法对原始错动带进行超粒径处理，缩尺备样，用仪器容许最大粒径(本试验仪器为5mm)以下的粗粒的部分等量替代超粒，基本上保持了粗、细粒组的含量比例，能很好地反映天然错动带的基本特性，强度更接近于实际，同时保证了试样的均匀性。(2)考虑了错动带的原岩应力状态，控制预固结压力和稳压时间，同时静载固结错动带试样，可得到密度和含水率均匀的重塑样，得到的数据结果真实可靠，制得了与现场力学性质接近的错动带重塑样。(3)制样压力室内压力筒采用三瓣结构设计，外压力筒采取对中二等分设计，解决了拆样困难的问题；外压力筒布置三排螺栓，解决了因压力较大导致下部压力筒张开问题。同时底座设有对称内插垂直螺栓与外筒适配，解决因预压力太大导致外筒上移的问题。(4)试样顶部设有压头，压头连接水平调节导杆，导杆与百分表连接，实现了位移的实时监测，绘制错动带试样位移-时间曲线确定稳压时间，进而获得反映原岩应力状态的错动带试样，这是先前试样制备所未有的。(5)采用稳压长杆和加载砝码进行稳压，解决了恒定固结压力难题；利用可开合的两半圆夹具实现试样尺寸的修整，实现了试样标准化问题。采用上述技术方案的错动带试样制备方法及其装置，通过理论分析、计算和实验验证等途径，有效利用了力学准则及材料特性，一方面制样装置密封性良好且拆样简便，另一方面制样方法不仅快捷，便于操作，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反映原岩应力状态的错动带试样制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：A 试验洞错动带现场勘察、测定与取样测定试验洞内错动带取样点的天然密度与天然含水率，做出密度和含水率随距试验洞洞壁深度的变化曲线，选取物理参数基本相同的位置取样，将取出的扰动样进行现场密封保存和编号记录，运回室内；B 试验洞错动带取样点的原岩应力获取利用应力解除法，通过测量应力解除前后试验洞错动带取样点的钻孔孔径的变化计算三维地应力；C 制样准备工作‑1将错动带扰动样风干，再配至所需含水率，进行超粒径处理与颗粒粒度分析；D 制样准备工作‑2进行错动带试样制备系统的改进与准备；E 试样制备过程控制包括错动带试样制备原岩应力控制与稳压控制，固结时间与位移控制与监测；F 试样后期标准化处理以及与原状样对比分析检查试样，使试样高度、直径和表面平整度达到试验标准，并进行SEM扫描和三轴试验，与原状样进行结构和强度的对比，从而反映了试样制备的合理性。

【技术特征摘要】
1.一种反映原岩应力状态的错动带试样制备方法，其特征在于:所述制备方法按以下步骤进行: A试验洞错动带现场勘察、测定与取样 测定试验洞内错动带取样点的天然密度与天然含水率，做出密度和含水率随距试验洞洞壁深度的变化曲线，选取物理参数基本相同的位置取样，将取出的扰动样进行现场密封保存和编号记录，运回室内； B试验洞错动带取样点的原岩应力获取 利用应力解除法，通过测量应力解除前后试验洞错动带取样点的钻孔孔径的变化计算三维地应力； C制样准备工作-1 将错动带扰动样风干，再配至所需含水率，进行超粒径处理与颗粒粒度分析； D制样准备工作-2 进行错动带试样制备系统的改进与准备； E试样制备过程控制 包括错动带试样制备原岩应力控制与稳压控制，固结时间与位移控制与监测； F试样后期标准化处理以及与原状样对比分析 检查试样,使试样高度、直径和表面平整度达到试验标准,并进行SEM扫描和三轴试验，与原状样进行结构和强度的对比，从而反映了试样制备的合理性。2.根据权利要求1所述的反映原岩应力状态的错动带试样制备方法，其特征在于:所述步骤C具体操作是: 将获取的错动带扰动样团聚体用木槌轻轻敲散，保证错动带扰动样的颗粒粒径与现场一致，混合均匀在室外风干，通过替代法对错动带扰动样进行超粒径处理，即用仪器容许最大粒径以下的粗粒部分等量替代超粒，扰动样粒径小于等于仪器容许最大粒径，取足够试验用的土样，充分拌匀，测定风干含水率，装入保湿缸中备用；根据测得的天然含水率和干密度配至错动带所需含水率，并准确计算称...

【专利技术属性】
技术研发人员：段淑倩，冯夏庭，江权，苏方声，郝宪杰，徐鸿，李帅军，曹备，刘华吉，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42