一种致密无填充裂隙岩体试样的制备方法技术

本发明专利技术公开一种致密无填充裂隙岩体试样的制备方法，包括如下步骤：(1)模拟实际裂隙岩体中裂隙的结构、形态，确定待制备试样中各种裂隙的三维数字空间模型、并采用锡材料进行3D打印，得到不同类型的裂隙模拟构件；(2)模拟实际裂隙岩体的力学性能配制水泥砂浆，并将其分两次倒入模具中，其间置入裂隙模拟构件；(3)待试样固化成型后脱模、初次养护；(4)对试样进行低温处理，直至裂隙模拟构件变成粉末、裂隙形成；(5)再次养护、加工处理，即得。本发明专利技术采用锡材料制作裂隙模拟构件，其在低温下可变为粉末、形成裂隙，试样制备完成后无需取出，避免对试样造成破坏；通过分时段浇筑试样能够准确地确定裂隙构件的位置。

【技术实现步骤摘要】
一种致密无填充裂隙岩体试样的制备方法
本专利技术涉及一种岩体试样的制备方法，具体涉及一种致密无充填的裂隙岩体试样的制备方法，属于岩石力学领域。
技术介绍
岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚齐而成的自然体，岩石经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用下，在内部保留了各种永久变形的形象和各种各样的地质构造形迹，例如褶皱，节理，断层，劈理，细微裂隙等。目前缺乏一种既能精确定位裂隙位置同时对裂隙形状又模拟较好的方法，基于这样的背景下，因此迫切需要一种比较完备的制备致密性裂隙岩体试样的方法。申请号为201410052815.4的中国专利技术专利申请《一种随机裂隙岩石试样的制作方法》公开了一种制备类裂隙岩石试样的方法。但该方法存在以下几个问题：(1)锡条形状发生变形(2)数量多的锡条可能贴在一起(3)不能对裂隙位置进行模拟。申请号为201510101158.2的中国专利技术专利申请《断续无充填裂隙岩石试样模型的制作方法》公开了一种将薄片水溶纸用水溶线固定在模具中然后倒入水泥砂浆，试样成型后用采用煮沸法饱和试样的制备类裂隙岩石试样的方法。该方法中薄片水溶纸在倒入砂浆的过程中容易损害，同时这种薄片水溶纸只能模拟单一的裂隙。申请号为201510735920.2的中国专利技术专利申请《用于制作不同倾角类裂隙岩石试件的模具及其制作方法》公开了一种在模具内安装旋转插槽，在插槽之间夹有裂隙模拟框，通过调整插槽角度来制作不同倾角类裂隙岩石试件的制备方法。该方法虽然可以比较灵活的调整裂隙角度，但用于不同类型的裂隙时插槽需要按要求另行制作，另外槽板需要拆除容易对试样产生损害。申请号为200610042132.6的中国专利技术专利申请《用于裂隙岩石试验的陶瓷试件三维内置裂隙制造方法》公开了一种利用陶瓷材料代替砂浆，用钢杆模拟裂隙形状插入到陶瓷材料内，同时用青稞纸填充裂隙成型后窑内烧制的裂隙试样制造方法。该方法实用的陶瓷材料虽然对于之后的烧制试样有很大的用处，但是否能够代替砂浆模拟岩体还不能确定，再用青稞纸填充裂隙后在窑内烧制会产生较多的附加物可能对无充填的裂隙模拟效果不好，同时模拟其他类型的裂隙时模拟裂隙的钢杆也要再重新制作，比较麻烦。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的针对现有技术中存在的问题，提供一种致密无填充裂隙岩体试样的制备方法。技术方案：本专利技术所述的一种致密无填充裂隙岩体试样的制备方法，包括如下步骤：(1)模拟实际裂隙岩体中裂隙的结构、形态，确定待制备试样中各种裂隙的三维数字空间模型、并采用锡材料进行3D打印，得到不同类型的裂隙模拟构件；(2)模拟实际裂隙岩体的力学性能配制水泥砂浆作为制备试样的原料，将水泥砂浆分两次倒入模具中，其间置入裂隙模拟构件；(3)待试样固化成型后脱模，对试样进行初次养护、直至其满足预期的强度要求；(4)对试样进行低温处理，直至裂隙模拟构件变成粉末、裂隙形成；(5)再次养护、使试样恢复正常温度，加工处理后得到致密无填充裂隙岩体试样。上述步骤(2)中，将水泥砂浆分两次倒入包括：先将水泥砂浆倒至模具内1/2～2/3体积处，待裂隙模拟构件置入后，继续倒入水泥砂浆、直至其填满模具内空间。进一步的，第一次将水泥砂浆倒入模具中后，在常温25℃下放置60～80min，插入裂隙模拟构件，静置、待该裂隙模拟构件不发生垂直位移时，倒入剩余的水泥砂浆。较优的，用于制作试样的模具通过3D打印制得；更优的，该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，使试样从模具中脱出。优选的，步骤(3)中，初次养护是将试样在室外恒温条件下固化成型后，放入烘箱中恒温养护、直至其满足预期的强度要求。具体的，步骤(4)中，低温处理是将试样置于低于-13.2℃的温度条件下。上述步骤(5)中，再次养护是将低温处理后的试样先置于室内，待试样温度与室内温度相近时，将其拿到室外或对其进行加热处理，直至试样达到正常温度。其中，对试样进行加工处理是将再次养护后的试样进行切割、打磨。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点在于：(1)本专利技术采用3D打印技术制作模拟裂隙的构件，可以模拟多种形态的裂隙，并可精确控制裂隙的大小，空间形态，同时，采用锡材料制备裂隙模拟构件，在温度低于-13.2℃时可变为粉末、形成裂隙，试样制备完成后无需取出，避免对试样造成破坏；(2)本专利技术将水泥砂浆分两次倒入模具，其间放入裂隙模拟构件，通过分时间段浇筑试样能够准确地确定裂隙构件的位置；而且，第一次倒入水泥砂浆后，先使其凝固到一定程度，然后插入裂隙模拟构件，通过改变模具底面与水平面的角度可实现对裂隙模拟构件的位置、角度的控制，从而可较为精确地模拟出裂隙的位置；(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，同时不会破坏试样或其中的裂隙结构。附图说明图1为本专利技术的一种致密无填充裂隙岩体试样的制备方法流程图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1，本专利技术的一种致密无填充裂隙岩体试样的制备方法，包括如下步骤：(1)模拟实际裂隙岩体中裂隙的结构、形态，确定待制备试样中各种裂隙的三维数字空间模型、并采用锡材料进行3D打印，得到不同类型的裂隙模拟构件；以制备50×50×50mm的致密无填充裂隙岩体试样为例，制备包含不同裂隙构件形态的多个试样；裂隙的结构尺寸多种多样，其中，裂隙的宽度包括4mm、8mm、12mm、15mm、20mm五种，裂隙厚度包括0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm五种，制作的不同试样中，裂隙数量包括1个、2个、4个、6个、8个五种。采用锡材料打印成不同结构尺寸的锡条、作为裂隙模拟构件：选用厚度为1mm的锡条模拟不同宽度的裂隙，每种宽度选用6跟锡条模拟；选用宽度为15mm的锡条模拟不同厚度的裂隙，每种厚度选用6跟锡条模拟；选用宽度为15mm厚度为1mm的锡条模拟不同数量的裂隙。用于打印形成裂隙模拟构件的锡材料必须为纯锡，不可为混合锡材料或含有锡的其他金属材料。用于形成裂隙的锡条制作完成后放置在干燥地方保存。(2)模拟实际裂隙岩体的力学性能配制水泥砂浆作为制备试样的原料，将水泥砂浆分两次倒入模具中，其间置入裂隙模拟构件；可先将水泥砂浆倒至模具内1/2～2/3体积处，待裂隙模拟构件置入后，继续倒入水泥砂浆、直至其填满模具内空间。先制作模具：根据待制备试样的形态结构，确定用于制作试样的模具的三维数字空间模型，并在对应模具底部中央位置处预留一个直径为5mm的小圆孔；采用石英纤维通过3D打印技术制得模具，模具的整体外部尺寸为60×60×55mm；其中，用于形成试样部分的尺寸为50×50×50mm，且模具底部中央处具有一个直径为5mm的小圆孔。然后配制水泥砂浆，水泥砂浆由沙子、水泥、水、减水剂和减气泡剂配制而成，其中，沙子、水泥、水、减水剂和减气泡剂的质量比为1：0.5：0.3：0.2％：0.2％，此配比是经过严格试验所得，能很好的反映致密岩石的力学性质。将配制好的水泥砂浆倒入模具内2/3体积处，在常温25℃左右情况下放置60～80分钟，插入用于形成裂隙的锡片，插入时不能破坏水泥砂浆的凝固状态，放置完成后再在室外放置30分钟，锡片不再发生垂直位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种致密无填充裂隙岩体试样的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)模拟实际裂隙岩体中裂隙的结构、形态，确定待制备试样中各种裂隙的三维数字空间模型、并采用锡材料进行3D打印，得到不同类型的裂隙模拟构件；(2)模拟实际裂隙岩体的力学性能配制水泥砂浆作为制备试样的原料，将水泥砂浆分两次倒入模具中，其间置入裂隙模拟构件；(3)待试样固化成型后脱模，对试样进行初次养护、直至其满足预期的强度要求；(4)对试样进行低温处理，直至裂隙模拟构件变成粉末、裂隙形成；(5)再次养护、使试样恢复正常温度，加工处理后得到致密无填充裂隙岩体试样。

【技术特征摘要】
1.一种致密无填充裂隙岩体试样的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)模拟实际裂隙岩体中裂隙的结构、形态，确定待制备试样中各种裂隙的三维数字空间模型、并采用锡材料进行3D打印，得到不同类型的裂隙模拟构件；(2)模拟实际裂隙岩体的力学性能配制水泥砂浆作为制备试样的原料，将水泥砂浆分两次倒入模具中，其间置入裂隙模拟构件；(3)待试样固化成型后脱模，对试样进行初次养护、直至其满足预期的强度要求；(4)对试样进行低温处理，直至裂隙模拟构件变成粉末、裂隙形成；(5)再次养护、使试样恢复正常温度，加工处理后得到致密无填充裂隙岩体试样。2.根据权利要求1所述的致密无填充裂隙岩体试样的制备方法，其特征在于，步骤1中，步骤(2)中，所述将水泥砂浆分两次倒入包括：先将水泥砂浆倒至模具内1/2～2/3体积处，待裂隙模拟构件置入后，继续倒入水泥砂浆、直至其填满模具内空间。3.根据权利要求1所述的致密无填充裂隙岩体试样的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，第一次将水泥砂浆倒入模具中后，在常温25℃下放置60～80min，插入裂隙模拟构件，静置、待该裂隙模拟构件不发生垂直位移时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王航，王环玲，徐卫亚，巣志明，方应东，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32