一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法，包括如下步骤：模拟实际柱状节理岩体中隐节理的结构、形态，确定试样中各类型隐节理的三维数字空间模型；采用水溶性材料将不同类型隐节理的三维数字空间模型经3D打印，得到不同类型的隐节理模拟构件，在所得隐节理模拟构件表面涂抹热熔胶；配制水泥砂浆模拟实际柱状节理岩体，将隐节理模拟构件与水泥砂浆混合搅拌倒入模具，养护至形成试样部件；脱模；将脱模后的试样部件经烘烤、饱水、烘干、养护、加工处理，即得。本发明专利技术将3D打印技术用于制备隐节理模拟构件，精确控制隐节理的形态和结构；采用水溶性材料制备隐节理模拟构件，解决了制备试样时模拟隐节理的构件无法取出的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种类岩体试样的制备方法，具体涉及一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法，属于岩石力学领域。
技术介绍
柱状节理是火山熔岩喷发溢流过程中由于冷却收缩形成的呈不规则或规则形态的原生张性破裂构造，柱状节理多出现于玄武岩，在我国西南地区广泛分布，西南地区诸多已建或在建大型水电站位于柱状节理玄武岩之上。柱状节理岩体作为一种具有特殊结构的岩体，其不但具有出露的柱间节理面，在柱内还有隐含的节理面，称为隐节理，由于柱状节理岩体柱间节理和隐节理的存在，导致柱状节理岩体具有显著的力学和渗透性质的各向异性，对工程安全影响显著，因此研究柱状节理岩体的力学和渗透性质的各向异性，具有较高的实际和工程价值。试验是岩石力学领域经常采用的一种研究方法，由于柱状节理岩体包含有多组节理且柱体体积较大，受室内试验试样尺寸大小的限制，在工程现场所取的天然岩样只含有一组或不包含节理，并不能充分反映柱状节理岩体的各向异性；且由于柱状节理岩体几何性质的多变性，不同岩体节理差异较大，取自部分岩体的天然岩样的试验结果不具有充分代表性，因此通常选用人工制样的方法制备柱状节理岩样，但目前制备柱状节理岩体人工岩样的方法还不完备，仅能制备只含有出露的柱间节理的柱状节理岩体试样，还没有有效的方法制备含无充填隐节理的柱状节理岩体试样，但隐节理对柱状节理岩体的力学和渗透特性以及各向异性有着显著的影响，忽略隐节理就不能充分模拟实际工程现场柱状节理岩体的性质，因此如何制备含无充填隐节理的柱状节理岩体试样成为岩石力学试验领域急需解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法，该方法制得的试样能够完整地反映柱状节理岩体内部隐节理的结构和形态。技术方案：本专利技术涉及一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法，包括如下步骤：(1)模拟实际柱状节理岩体中隐节理的结构、形态，确定待制备的试样中各种类型隐节理的三维数字空间模型；(2)将不同类型隐节理的三维数字空间模型采用水溶性材料进行3D打印，得到不同类型的隐节理模拟构件，在所得隐节理模拟构件表面涂抹热熔胶；(3)模拟实际柱状节理岩体的力学性能配制水泥砂浆，将隐节理模拟构件与水泥砂浆混合搅拌后倒入模具中，养护，使水泥砂浆固化成型、形成试样部件；(4)将试样部件脱模；(5)烘烤试样部件至热熔胶完全融化，然后进行饱水、至隐节理模拟构件完全溶解，烘干、养护，加工处理，得到含无充填隐节理的柱状节理岩体试样。本专利技术将3D打印技术用于制备隐节理模拟构件，可以精确控制隐节理的大小、空间形态、节理面的粗糙度；采用水溶性材料制备隐节理模拟构件，将试样部件完全饱水即可溶解模拟隐节理的构件，解决了制备含无充填隐节理试样时模拟隐节理的构件无法取出的问题。优选的，水溶性材料为PVA材料。具体的，步骤(5)中，将烘烤后的试样部件放入水中进行抽真空饱水。抽真空饱水可以快速让试样部件达到饱水状态，水分充分进入到试样部件内部。优选的，步骤(3)中的模具与水泥砂浆接触的部分由钴铬合金材料制成，并在该部分表面涂抹热熔胶。热熔胶与钴铬合金的粘结力较弱，对水泥砂浆的粘结力较强，将热熔胶均匀涂抹在钴铬合金模具的表面，在水泥砂浆固化形成试样部件前，阻断水泥砂浆与模具的粘结，避免后续脱模时破坏试样部件的结构。进一步的，步骤(3)中，所述模具底部设有密封的气孔，脱模时，将该气孔解除密封，自气孔向模具内鼓入空气，使试样部件从模具中脱出。脱模方便快捷，且不会破坏试样部件的结构。较优的，步骤(2)中，涂抹的热熔胶的厚度为0.5～0.6mm。此时，极薄的热熔胶可以完整的模拟隐节理面或者实际岩体表面的粗糙度。具体的，步骤(5)中，将养护后的试样部件经粘接、切割、打磨得到含无充填隐节理的柱状节理岩体试样。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术首次将3D打印技术应用于含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制作，采用三维数字空间模型可以完整表现所制备柱状节理岩体试样中隐节理的类型、大小、空间形态和粗糙度，通过3D打印技术制作模拟隐节理的构件，可以将三维数字空间模型精确打印成物理模型，可以精确控制隐节理的大小，空间形态，节理面的粗糙度；同时，本专利技术采用水溶性材料制备隐节理模拟构件，完全饱水即可溶解试样部件中模拟隐节理的构件，解决了制备含无充填隐节理试样中隐节理模拟构件无法取出的问题；而且，在构件表面涂抹热熔胶，防止了构件在与水泥砂浆接触过程中溶解；(2)通过采用钴铬合金制备模具中与水泥砂浆接触的部分，并在该部分涂抹热熔胶，可避免水泥砂浆与模具的粘结、使得成型试样不能有效脱模；(3)通过在模具底部预留小孔，在脱模时，通过自小孔向模具内鼓入空气，将试样部件顶出模具，快速脱模，脱模方便快捷，不会破坏试样部件或其中隐节理的结构；(4)本专利技术的方法操作简单，高效，快捷，应用范围广，可以根据实际需要制备不同类型含复杂结构的无充填隐节理柱状节理岩体试样，为制作含无充填隐节理岩体试样开辟了新思路。附图说明图1为本专利技术的含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1所示，本专利技术的一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法，包括如下步骤：(1)模拟实际柱状节理岩体中隐节理的结构、形态，如隐节理的类型数量、大小、空间形态、粗糙度等，确定待制备的试样中各种类型隐节理的三维数字空间模型；(2)采用水溶性材料，如PVA材料，通过3D打印技术将不同类型隐节理的三维数字空间模型打印成不同类型的隐节理模拟构件，并在所得隐节理模拟构件表面涂抹热熔胶；在隐节理模拟构件表面涂抹热熔胶，可防止构件在与水泥砂浆接触过程中遇水溶解；为了能够完整的模拟隐节理面的粗糙度，可将涂抹热熔胶的厚度控制在0.5～0.6mm；可采用高精度的热熔胶枪涂抹热熔胶，高精度热熔胶枪可以精确的控制热熔胶喷出的体积，涂抹的热熔胶的精度可以控制在0.1mm左右。(3)模拟柱状节理岩体的力学性能配制水泥砂浆，将各种类型的隐节理模拟构件与水泥砂浆混合搅拌后倒入模具，然后进行养护，使水泥砂浆固化成型、形成试样部件；模具与水泥砂浆接触的部分可采用钴铬合金材料制成，并在该部分表面涂抹热熔胶，由于热熔胶与钴铬合金的粘结力较弱，对水泥砂浆的粘结力较强，将热熔胶均匀涂抹在钴铬合金模具的表面，在水泥砂浆固化形成试样部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)模拟实际柱状节理岩体中隐节理的结构、形态，确定待制备的试样中各种类型隐节理的三维数字空间模型；(2)将不同类型隐节理的三维数字空间模型采用水溶性材料进行3D打印，得到不同类型的隐节理模拟构件，在所得隐节理模拟构件表面涂抹热熔胶；(3)模拟实际柱状节理岩体的力学性能配制水泥砂浆，将隐节理模拟构件与水泥砂浆混合搅拌后倒入模具中，养护，使水泥砂浆固化成型、形成试样部件；(4)将试样部件脱模；(5)烘烤试样部件至热熔胶完全融化，然后进行饱水、至隐节理模拟构件完全溶解，烘干、养护，加工处理，得到含无充填隐节理的柱状节理岩体试样。

【技术特征摘要】
1.一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法，其特征在于，包括如下
步骤：
(1)模拟实际柱状节理岩体中隐节理的结构、形态，确定待制备的试样中各种类
型隐节理的三维数字空间模型；
(2)将不同类型隐节理的三维数字空间模型采用水溶性材料进行3D打印，得到不
同类型的隐节理模拟构件，在所得隐节理模拟构件表面涂抹热熔胶；
(3)模拟实际柱状节理岩体的力学性能配制水泥砂浆，将隐节理模拟构件与水泥
砂浆混合搅拌后倒入模具中，养护，使水泥砂浆固化成型、形成试样部件；
(4)将试样部件脱模；
(5)烘烤试样部件至热熔胶完全融化，然后进行饱水、至隐节理模拟构件完全溶
解，烘干、养护，加工处理，得到含无充填隐节理的柱状节理岩体试样。
2.根据权利要求1所述的含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法，其特
征在于，步骤(5)中，将烘烤后的试样部件放入水中进行抽真空饱水。
3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：巢志明，王环玲，徐卫亚，贾朝军，吉华，杨兰兰，赵恺，夏季，皮新宇，林志南，冉少鹏，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32