一种在岩样中制作曲面型节理的方法技术

本发明专利技术提供了一种在岩样中制作曲面型节理的方法，包括以下步骤：对需测试的岩体进行钻孔取芯，用端面磨石机打磨试样端面，在岩芯表面沿轴向标注对齐线，采用高压水刀沿曲线切断岩芯，按照对齐线拼接岩芯。本发明专利技术的制作用于室内三轴试验的含曲面型节理裂隙真实岩石材圆柱型标准试件的方法，操作方便、实用性强、节理裂隙定位精准，可普遍用于含曲面型节理裂隙岩样的制备。隙岩样的制备。隙岩样的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种在岩样中制作曲面型节理的方法


[0001]本专利技术属于岩体性能研究
，尤其涉及一种在岩样中制作曲面型节理的方法。

技术介绍

[0002]犁式断层构造在各类工程边坡中广泛存在，其特殊的构造形式是导致其变形失稳的重要因素之一。较多学者采用试验或数值模拟方法对犁式断层的构造演化机制进行了研究，但限于制样技术，相关试验研究中还没有较好地模拟犁式断层倾角“上陡下缓、连续变化”的节理形态。含有犁式断层构造的岩体中存在倾角连续变化的曲面型节理。有研究表明，犁式断层与地震、油气及固体矿产有着极其重要的关系。因此，研究曲面型节理岩体的力学特性对于分析犁式断层构造在油气储藏和地质灾害成因的作用具有重要意义。现有的节理裂隙的制作方法主要针对平面型节理，很少考虑曲面型节理。曲面型节理的制样成为制约犁式断层构造岩体力学研究的瓶颈。目前，关于节理裂隙的制作方法研究现状如下：1、专利《一种节理裂隙空间成型及定位装置》介绍了一种类岩石材料浇筑成型过程中模拟并定位节理裂隙的空间位置的方法。（参见专利申请号201720249663.6）。该方法所确定的节理裂隙受定位孔位置限制，适用于相似材料，不适用真实岩石。
[0003]2、专利《多场耦合下拉
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剪破裂实验用含节理裂隙岩芯制作方法》介绍了一种在岩块表面刻画裂缝，根据天然节理弱面材料所配置的混凝土填充节理裂隙，并制作圆柱形岩芯的方法。（参见专利申请号201910587165.6）。该方法针对巴西劈裂实验、剪切实验和真三轴实验，精细模拟节理弱面的物理力学特性，适用于平面型节理，不适用于曲面型节理。
[0004]3、专利《一种制作三维节理裂隙圆柱型岩石试样的方法》介绍了一种在长方体岩块中切割裂隙，采用钻孔取芯方式制作三维节理裂隙圆柱型岩石试样的方法。（参见专利申请号201510814787.X）。该方法中的钻孔行程在通过裂隙位置时裂隙端部易受到冲击荷载产生应力集中，并形成初始损伤，不适用于曲面型节理。4、专利《一种预制多种节理裂隙的模具箱》介绍了一种由拼装侧板和底盘板相互连接拼装而成的方形箱体，可预制多种节理裂隙的模具箱。（参见专利申请号201520109083.8）。该装置适用于相似材料，不适用真实岩石。
[0005]5、专利《一种标准岩石试件预制裂隙制作装置及方法》介绍了一种标准岩石试件预制裂隙制作装置及方法，该装置主要由切割系统、驱动系统和台面系统组成。（参见专利申请号201810966289.0）。该方法采用机械切割的方式，适用于制作平面型节理，不适用于制作曲面型节理。
[0006]6、专利《基于3D打印制作的复杂裂隙岩体物理模型及建模方法》介绍了一种基于3D打印制作的复杂裂隙岩体物理模型及建模方法，主要是基于数字图像技术识别裂隙网络，通过建模打印方式再现节理裂隙的结构。（参见专利申请号201610844752.5）。该方法适用于相似材料，不适用于真实岩石。
[0007]7、专利《用于制作类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的制备方法》介绍了一种
使用类岩石的脆性材料制备试件预制裂隙的方法。（参见专利申请号200910013928.2）。该方法采用聚酯薄膜或牛皮纸或金属薄片模拟节理裂隙的角度和位置，仅适用于相似材料，不适用于真实岩石。

技术实现思路

[0008]针对真实岩石试样中曲面型节理难以加工的难题，本专利技术的目的是提出一种在真实岩石试样中直接加工曲面型节理裂隙的方法，可避免先切节理再钻取岩芯时对节理面产生的冲击振动，操作简便，且可以根据需要制作不同几何特征的直线或曲面型节理。
[0009]为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种在岩样中制作曲面型节理的方法，包括以下步骤：步骤一：对需测试的工程岩体进行取样，并形成工程岩块，采用立式岩石取芯机对工程岩块进行钻孔取芯，获取圆柱形岩石试样；步骤二：采用双端面岩石磨石机将圆柱形岩石试样端面打磨光滑；步骤三：制作凹槽托架，将圆柱形岩石试样放入托架，在表面划出平行于轴线的对齐线；步骤四：使用CAD软件绘制圆柱形岩石试样的曲面型节理特征，导入高压水刀设备，使用水刀对圆柱形岩石试样进行切割，制作出曲面型切割面；步骤五：将切断的圆柱形岩石试样放入凹槽托架，按照对齐线拼接，采用石膏作为裂隙填充材料，干燥后即可进行岩石力学试验。
[0010]所述步骤一中所取的工程岩块的厚度大于圆柱形岩石试样的直径。
[0011]所述步骤二中打磨之后的圆柱形岩石试样的高度预留2
‑
3mm的水切割深度。
[0012]所述步骤三中凹槽托架是采用3D打印机打印而成；所述凹槽托架的中间部位加工有用于放置圆柱形岩石试样的弧形凹槽。
[0013]所述步骤四中在进行水切割过程中，所述圆柱形岩石试样需要固定设置在凹槽托架的弧形凹槽上。
[0014]所述步骤四中所切割而成的节理裂隙是断续或贯通的。
[0015]所述步骤四中所切割而成的节理裂隙采用单裂隙或多裂隙，不限于平行或交叉裂隙。
[0016]本专利技术有如下有益效果：本专利技术的制作用于室内三轴试验的含曲面型节理裂隙圆柱型真实岩石标准试样的方法，操作简便、实用性强、节理裂隙几何特征精准，可普遍用于含不同几何特征的节理裂隙岩样的制备。经过实际测试，本专利技术提出的方法能够制备出满足试验要求的曲面型节理裂隙岩样，能够解决先切裂隙再钻孔取芯过程中节理裂隙端部产生应力集中的问题以及上下节理面相互接触磨损的问题，能够解决加工贯通的节理裂隙后粘接时无法精准对齐的问题，对于试验前保持节理裂隙面完整性、避免取样过程对节理裂隙产生初始损伤有重要的现实意义，间接消除了取样对试验结果的不利影响。本专利技术将高压水刀切割技术运用于真实岩石中曲面型节理裂隙的制作过程，同时考虑了消除制样过程对节理裂隙面的初始损伤，岩样制作过程直观快捷，并且根据试验需求可以制作出含不同几何参数的贯穿型三维节理裂隙标准岩样。
[0017]本专利技术方法与现有技术方案相比，具有以下特点：1、本专利技术的技术方法能够消除真实岩石上加工三维节理裂隙时裂隙面的初始损伤。
[0018]2、本专利技术的技术方法能够制作岩样较为复杂的内部三维节理裂隙。
[0019]3、本专利技术能够在完成节理裂隙切割后，将切断岩石试样部分精准对齐粘接。
[0020]4、本专利技术的技术方法在切割前完成圆柱形试样端面磨平，避免了后期磨平时可能对节理裂隙面的挤压磨损。
附图说明
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0022]图1为对岩块钻孔取芯得到的完整试样。
[0023]图2为将完整试样放置于凹槽托架上，沿试样边缘进划线。
[0024]图3为使用水刀对放置于木制托架上的试样进行切割。
[0025]图4为切割完成后含有曲面型节理的试样。
[0026]图中：圆柱形岩石试样1、凹槽托架2、对齐线3、高压水刀设备4、弧形凹槽5。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术的实施方式做进一步的说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在岩样中制作曲面型节理的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对需测试的工程岩体进行取样，并形成工程岩块，采用立式岩石取芯机对工程岩块进行钻孔取芯，获取圆柱形岩石试样（1）；步骤二：采用双端面岩石磨石机将圆柱形岩石试样（1）端面打磨光滑；步骤三：制作凹槽托架（2），将圆柱形岩石试样（1）放入托架，在表面划出平行于轴线的对齐线（3）；步骤四：使用CAD软件绘制圆柱形岩石试样（1）的曲面型节理特征，导入高压水刀设备（4），使用水刀对圆柱形岩石试样（1）进行切割，制作出曲面型切割面；步骤五：将切断的圆柱形岩石试样（1）放入凹槽托架（2），按照对齐线（3）拼接，采用石膏作为裂隙填充材料，干燥后即可进行岩石力学试验。2.根据权利要求1所述一种在岩样中制作曲面型节理的方法，其特征在于：所述步骤一中所取的工程岩块的厚度大于圆柱形岩石试样（1）的直径。3.根据权利要求1所述一种在岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：段国勇，张景昱，孙旭曙，王彦海，陈将宏，罗文庆，马如梦，许耀博，徐广超，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：