考虑结构面网络的岩体物模试样及其制备方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种考虑结构面网络的岩体物模试样及其制备方法与装置。该制备方法包括获取待模拟岩石的结构面网络数字化模型；制备完整岩体物模试样；根据获得的结构面网络数字化模型采用高压水射流切割技术在完整岩体物模试样上切割出与待模拟岩石中结构面网络形状大小相同的结构面网络槽体；在结构面网络槽体中填充配置好的结构面充填材料，待结构面充填材料凝结后，获得含结构面网络的岩体物模试样。本发明专利技术通过结合岩体三维成像和水射流工艺，顺次射流形成岩体内部的结构面网络体系，相比于现有单一结构面和单组结构面阵列的方法，能够快速精准的实现岩体内毫米级别的交叉结构面网络构建，工艺实施效率相比于传统脱模工艺得到极大提升。

【技术实现步骤摘要】
考虑结构面网络的岩体物模试样及其制备方法与装置
本专利技术属于岩石实验模拟
，尤其涉及一种考虑结构面网络的岩体物模试样及其制备方法与装置。
技术介绍
长期的地质历史过程中，岩体受到成岩作用、构造作用以及其他因素的影响而形成结构面。岩体结构面的发育使其物理力学性质产生显著的各向异性。近些年，随着深部资源和能源开发的加速，深部工程结构常赋存于富含结构面网络的岩体中。硬岩以花岗岩为例，在深部构造应力作用下，岩体易产生交叉剪切节理，形成两组甚至多组由X走向结构面和Y走向结构面组成的界面网络体系，并于结构面中充填有各类矿物。软岩以煤岩为例，在煤化作用过程中，煤岩内会形成大致互相垂直面割理和端割理（对应X走向结构面和Y走向结构面），并随着时间的推移，割理结构面体系中会充填有各类矿物成分。在岩石的物理模型试验中，岩体物模试样的制备通常需要考虑结构面的特征，以研究结构面网络特征对岩体工程特性的影响。然而，现有物模试样制样过程中，一般通过预制结构面模板拔模获得，但是在模板拔模的过程中会损伤试样，预制结构面依旧是试样制备过程的薄弱环节，而且所制作的岩体试样通常以含单一结构面居多，部分含一组结构面，而很少能够精细模拟结构面阵列或者两组及以上的交叉结构面网络。总之，以往岩体物模试样结构面网络的模拟较难还原深部岩体的结构面网络特性，物模试样的制备还尚难满足深部资源和能源开发的试验模拟需求。为了能够较真实的模拟岩体结构面结构特性及其物理力学各项异性，亟待研发考虑结构面网络的岩体物模试样制备装置及方法。>
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考虑结构面网络的岩体物模试样及其制备方法与装置。通过结合岩体三维成像和水射流工艺，顺次射流形成岩体内部的结构面网络体系，相比于现有单一结构面和单组结构面阵列的方法，能够快速精准的实现岩体内毫米级别的交叉结构面网络构建，工艺实施效率相比于传统脱模工艺得到极大提升。为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：考虑结构面网络的岩体物模试样制备方法，包括如下步骤：步骤S1、获取待模拟岩石的结构面网络数字化模型；步骤S2、制备完整岩体物模试样；步骤S3、根据S1获得的所述结构面网络数字化模型采用高压水射流切割技术在所述完整岩体物模试样上切割出与所述待模拟岩石中结构面网络形状大小相同的结构面网络槽体；在所述结构面网络槽体中填充配置好的结构面充填材料，待结构面充填材料凝结后，获得含结构面网络的岩体物模试样。具体的，所述步骤S3的具体过程如下：步骤S31:根据步骤S1获得的所述结构面网络数字化模型采用高压水射流切割技术在所述完整岩体物模试样上切割出与所述待模拟岩石中结构面网络的X走向结构面形状大小相同的X走向结构面槽体，得第一中间岩体物模试样；步骤S32:在所述第一中间岩体物模试样的X走向结构面槽体中填充配置好的结构面充填材料，待充填材料初凝后，得第二中间岩体物模试样；步骤S33:根据步骤S1获得的所述结构面网络数字化模型采用高压水射流切割技术在所述第二中间岩体物模试样上切割出与所述待模拟岩石中结构面网络的Y走向结构面形状大小相同的Y走向结构面槽体，得第三中间岩体物模试样；步骤S34:在所述第三中间岩体物模试样的Y走向结构面槽体中填充配置好的结构面充填材料并固结，获得含结构面网络的所述岩体物模试样。具体的，在所述X走向结构面槽体和所述Y走向结构面槽体切割过程中，所述X走向结构面槽体和所述Y走向结构面槽体与岩体物模试样的侧部存在设定的间距，以维持岩体物模试样结构完整。具体的，采用工业CT或形貌扫描设备对含结构面网络的所述待模拟岩体进行扫描，获得毫米级以上的结构面网络轮廓，并将结构面网络轮廓经逆向处理获得其数字化模型。具体的，将配置的岩体充填材料浇筑入试样制备模具，振捣初凝后，拆除模具的模板并养护，即得所述完整岩体物模试样。具体的，所述X走向结构面槽体的具体切割过程如下：将所述结构面网络三维数字模型输入高压水射流切割机控制终端，并调整水射流参数和射流切割方向；将所述完整岩体物模试样固定在高压水射流切割机的装样平台上，开启高压水射流切割机，从所述完整岩体物模试样的顶面至底面切割出X走向结构面槽体，得到所述第一中间岩体物模试样；同理，可以完成所述第二中间岩体物模试样上Y走向结构面槽体的切割。具体的，所述X走向结构面槽体中结构面充填材料的具体填充过程如下：将所述第一中间岩体物模试样匹配安装在密闭腔室中，在所述密闭腔室的顶部设有排浆孔，在所述密闭腔室与所述第一中间岩体物模试样接触的内顶面和内底面上均设有纵横交错布置的流道；将结构面充填材料注浆设备通过注浆管与所述密闭腔室的内底面上的所述流道连通，结构面充填材料经所述注浆管注入所述流道，进而进入所述第一中间岩体物模试样的X走向结构面槽体中；当所述密闭腔室顶部的排浆孔有浆液流出并排完空气后，封闭排浆孔，停止注浆并保压设定时间，待结构面充填材料初凝，即得所述第二中间岩体物模试样；同理，可以完成所述第三中间岩体物模试样上Y走向结构面槽体中结构面充填材料的填充。具体的，所述X走向结构面槽体和所述Y走向结构面槽体射流切割完成后，将射流液换成界面加固剂沿原有切割路径低压射流喷涂，将界面加固剂均匀涂覆至所述X走向结构面槽体和所述Y走向结构面槽体的表面上。一种考虑结构面网络的岩体物模试样，采用上述岩体物模试样制备方法制得。一种考虑结构面网络的岩体物模试样制备装置，包括：试样制备模具，用于制备完整岩体物模试样；高压水射流切割机，用于依据获取的待模拟岩石的结构面网络数字化模型，在所述完整岩体物模试样上切割出与所述待模拟岩石中结构面网形状大小相同的结构面网槽体；其中，所述结构面网槽体由X走向结构面槽体和Y走向结构面槽体组成；密闭腔室，用于匹配容置切割有结构面网槽体的所述岩体物模试样，在所述密闭腔室的顶部设有排浆孔，在所述密闭腔室的内顶面和内底面上均设有纵横交错布置的流道；结构面充填材料注浆设备，通过注浆管与所述密闭腔室的内底面上的所述流道连通，用于向密闭腔室中通入结构面充填材料。具体的，所述试样制备模具由侧向模板、顶模板和底模板围成；其中，所述顶模板和底模板通过锁扣可拆卸的安装在所述侧向模板上，所述顶模板上设有溢浆孔；还包括注浆顶板和注浆底板，所述注浆顶板和注浆底板可通过锁扣与所述侧向模板可拆卸连接，进而围成所述密闭腔室。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果在于：1、通过结合岩体三维成像和水射流工艺，顺次射流形成岩体内部的结构面网络体系，相比于现有单一结构面和单组结构面阵列的方法，能够快速精准的实现岩体内毫米级别的交叉结构面网络构建，实施效率相比于传统脱模工艺极大提升。2、结构面充填材料注浆设备采用反向加压注浆充填方法，反向注浆充填方法过程中，浆液先反向驱离空气充填，再被密封加压充填，从而保证结构面网络的充填质量，并通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑结构面网络的岩体物模试样制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1、获取待模拟岩石的结构面网络数字化模型（1）；/n步骤S2、制备完整岩体物模试样（2）；/n步骤S3、根据S1获得的所述结构面网络数字化模型（1）采用高压水射流切割技术在所述完整岩体物模试样（2）上切割出与所述待模拟岩石中结构面网络形状大小相同的结构面网络槽体；/n在所述结构面网络槽体中填充配置好的结构面充填材料，待结构面充填材料凝结后，获得含结构面网络的岩体物模试样。/n

【技术特征摘要】
1.考虑结构面网络的岩体物模试样制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、获取待模拟岩石的结构面网络数字化模型（1）；
步骤S2、制备完整岩体物模试样（2）；
步骤S3、根据S1获得的所述结构面网络数字化模型（1）采用高压水射流切割技术在所述完整岩体物模试样（2）上切割出与所述待模拟岩石中结构面网络形状大小相同的结构面网络槽体；
在所述结构面网络槽体中填充配置好的结构面充填材料，待结构面充填材料凝结后，获得含结构面网络的岩体物模试样。


2.根据权利要求1所述的岩体物模试样制备方法，其特征在于：
步骤S3的具体过程如下：
步骤S31:根据步骤S1获得的所述结构面网络数字化模型（1）采用高压水射流切割技术在所述完整岩体物模试样（2）上切割出与所述待模拟岩石中结构面网络的X走向结构面形状大小相同的X走向结构面槽体（3），得第一中间岩体物模试样（4）；
步骤S32:在所述第一中间岩体物模试样（4）的X走向结构面槽体（3）中填充配置好的结构面充填材料，待充填材料初凝后，得第二中间岩体物模试样（5）；
步骤S33:根据步骤S1获得的所述结构面网络数字化模型（1）采用高压水射流切割技术在所述第二中间岩体物模试样（5）上切割出与所述待模拟岩石中结构面网络的Y走向结构面形状大小相同的Y走向结构面槽体（6），得第三中间岩体物模试样；
步骤S34:在所述第三中间岩体物模试样的Y走向结构面槽体（6）中填充配置好的结构面充填材料并固结，获得含结构面网络的所述岩体物模试样。


3.根据权利要求2所述的岩体物模试样制备方法，其特征在于，在所述X走向结构面槽体（3）和所述Y走向结构面槽体（6）切割过程中，所述X走向结构面槽体（3）和所述Y走向结构面槽体（6）与岩体物模试样的侧部存在设定的间距，以维持岩体物模试样结构完整。


4.根据权利要求1-3任一项所述的岩体物模试样制备方法，其特征在于：采用工业CT或形貌扫描设备对含结构面网络的所述待模拟岩体进行扫描，获得毫米级以上的结构面网络轮廓，并将结构面网络轮廓经逆向处理获得其数字化模型。


5.根据权利要求1-3任一项所述的岩体物模试样制备方法，其特征在于：将配置的岩体充填材料浇筑入试样制备模具（12），振捣初凝后，拆除模具的模板并养护，即得所述完整岩体物模试样（2）。


6.根据权利要求2或3所述的岩体物模试样制备方法，其特征在于，所述X走向结构面槽体（3）的具体切割过程如下：
将所述结构面网络三维数字模型输入高压水射流切割机（13）控制终端，并调整水射流参数和射流切割方向；
将所述完整岩体物模试样（2）固定在高压水射流切割机（13）的装样平台（131）上，开启高压水射流切割...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈江湛，李夕兵，曹函，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43