一种用于制作透明三维交叉裂隙模型的模具及模型制作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于制作透明三维交叉裂隙模型的模具及模型制作方法，模具包括翻模框架构件、交叉裂隙原岩试件和翻模材料试件，翻模框架构件的外部为翻模围框，所述翻模框架构件的内部通过隔板隔成若干个用于放置交叉裂隙原岩试件的空间，交叉裂隙原岩试件与隔板间留有间隙，翻模材料试件用于获取交叉裂隙原岩试件的岩石裂隙面形貌特征并用以复刻固态硅胶板的硅胶裂隙面三维形貌。根据试验要求可制作45

【技术实现步骤摘要】
一种用于制作透明三维交叉裂隙模型的模具及模型制作方法


[0001]本专利技术专利涉及地下岩体工程、地下能源开发、地下水环境等领域，尤其涉及一种用于制作透明三维交叉裂隙模型的模具及模型制作方法。

技术介绍

[0002]裂隙介质是地下水赋存的重要载体，其中的溶质运移问题涉及核废料地质处置、地下水污染治理、地下油气储库建设等重要工程兼环境领域。由于裂隙岩体具有高度各向异性和非均质性效应，因此裂隙岩体中水或溶质的迁移和运移过程十分复杂，采用物理模型试验进行研究是探明裂隙介质中各类流体和污染物迁移、运移机理的重要方式。
[0003]裂隙岩体往往由裂隙网络和岩石块体组成，目前，岩石单裂隙作为裂隙网络的最基本和简化组成单元往往成为学者们的首要研究对象，而针对交叉裂隙的研究相对较少。相对于单裂隙而言，流体、污染物等溶质往往在交叉裂隙的交叉处产生流向、流量和流速的显著变化，进而改变整体的溶质运移分布情况，故通过单裂隙所获得的研究结论可能与裂隙网络的实际情况有所区别，因此进一步研究由单裂隙组成的交叉裂隙对于理解裂隙网络中溶质的运移机理十分必要。
[0004]为揭示裂隙介质中溶质传输过程及机理，在实验室内对渗流特性进行实时观测是十分重要的研究手段。然而，天然存在的裂隙岩体和人工制成的裂隙试样（往往由水泥砂浆制成）均为不透明材料，无法进行直接观测到实验过程中溶质运移的具体过程。因此，采用透明材料制作交叉裂隙试样，并实现对其进行溶质运移的全过程观测是解决上述问题的关键。
[0005]《岩土工程学报》2017年第6期题为《贯通充填裂隙类岩石渗流特性试验研究》中作者赵恺等人通过将3D打印插片插入浇筑模具并倒入按提前配制好的水泥砂浆，振捣密实待其硬化后将插片取出，获得了相似材料制作的交叉裂隙。但该方法获得的交叉裂隙表面为平行板，不具备三维粗糙特征，且所采用的非透明浇筑材料无法观察到交叉处的渗流特征。
[0006]公开号为 CN106908293A的专利技术专利介绍了一种透明岩石节理复制品制备方法，所制备的裂隙试样兼具透明属性和粗糙特性。该方法提出了一种透明裂隙的制作方法，可应用于可视化研究，但制成裂隙试样仅为单裂隙，无法满足更为复杂交叉裂隙的翻模制作。
[0007]公开号为CN111504873A的专利技术专利提出了一种岩石交叉裂隙仿真模型的制作方法，其采用的翻模方法透明度较好，可用于可视化试验及观测；制作的粗糙交叉模型包含不同尺寸的水平和垂直裂隙，先分开制作而后拼接形成。然而该方法制成的“T”字型交叉裂隙仅存在1条分支，且交叉处的形貌特征与天然的“十”字型或不规则角度交叉裂隙区别较大；水平裂隙与垂直裂隙为光滑
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粗糙接触面，与天然裂隙的实际情况存在较大差异。
[0008]针对以上几种方法的不足之处，一种兼具透明特性、交叉处几何特征及真实粗糙特性的三维交叉裂隙制备方法是目前进一步探究裂隙介质中流体及溶质迁移、运移机制所迫切需要的。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于制作透明三维交叉裂隙模型的模具及模型制作方法。
[0010]为解决现有技术问题，本专利技术公开一种用于制作透明三维交叉裂隙模型的模具，其特征在于，包括翻模框架构件、交叉裂隙原岩试件和翻模材料试件，所述翻模框架构件的外部为翻模围框，所述翻模框架构件的内部通过隔板隔成若干个用于放置交叉裂隙原岩试件的空间，所述交叉裂隙原岩试件与隔板间预留空隙，所述翻模材料试件包括硅胶组翻模试件和环氧树脂组翻模试件，所述硅胶组翻模试件填充在交叉裂隙原岩试件与隔板间的预留空隙，用于复刻交叉裂隙原岩试件的表面形貌特征；取出交叉裂隙原岩试件后所述硅胶组翻模试件与隔板组合形成固态硅胶板；所述固态硅胶板的两侧分别设有侧板，所述环氧树脂组翻模试件填充在固态硅胶板与侧板形成的空腔内，所述环氧树脂组翻模试件用于复刻固态硅胶板的硅胶裂隙表面形貌特征以形成透明三维交叉裂隙模型。
[0011]进一步地，所述翻模围框包括L型板、周边围框架和围框底板，所述周边围框架呈立方体框架，所述L型板设于周边围框架的四个角，所述围框底板设于周边围框架的底部。
[0012]进一步地，所述L型板、周边围框架和围框底板均采用有机玻璃制成。
[0013]进一步地，所述隔板采用十字交叉设置。
[0014]相应地，一种透明三维交叉裂隙模型制作方法：所述透明三维交叉裂隙模型采用上述的模具制作；将硅胶液与硅胶固化剂按照100：2的质量比混合，充分搅拌后将其缓慢倾倒至各交叉裂隙原岩试件与隔板之间的预留空隙处，使硅胶组翻模试件与各交叉裂隙原岩试件的粗糙表面充分接触并贴合；待硅胶自由表面与交叉裂隙原岩试件顶部齐平后停止倾倒，随后静置1 d时间；待硅胶组翻模试件完全凝固成型后，将周边围框架、L型板、交叉裂隙原岩试件和围框底板拆除，获得由隔板与硅胶组翻模试件组合而成的固态硅胶板，固态硅胶板包含交叉裂隙面形貌特征；将两块侧板分别置于固态硅胶板两侧，并将A型与B型环氧树脂水晶滴胶按3：1的质量比混合，搅拌均匀后向固态硅胶板上水平朝向的2个裂隙面缓慢倾倒；将环氧树脂中气泡排出，随后静置1 d时间使其硬化成型；将固态硅胶板分别翻转90
°
、180
°
和270
°
并重复上述环氧树脂倾倒步骤，完成透明三维交叉裂隙模型的制作。
[0015]本专利技术具有的有益效果：1、本专利技术提供一种用于制作透明三维交叉裂隙模型的模具及模型制作方法。所提供的翻模方案，可以根据试验要求制作45
°
、60
°
或90
°
等多角度的交叉裂隙模型；同时，本方案制成的交叉裂隙具有4条完整分支和真实的粗糙表面及交叉几何特征，翻模试样粗糙裂隙壁面形貌与天然交叉裂隙基本一致。
[0016]2、本专利技术提供翻模方法成型速度快、翻模过程操作简易且所需构件和试件成本较低，可广泛应用于交叉裂隙透明翻模试样的制备使用及可视化研究；所使用围框和 L 型板除具有便于组装和制成特性形状硅胶翻模试样的优势外，还克服了拆模时预制裂隙试样难以从翻模围框中取出的缺陷。
[0017]3、交叉裂隙翻模试样在翻模过程中不限于使用本专利技术采用的硅胶和环氧树脂材料，根据不同的试验目的或考虑还可采用水泥砂浆等其他侧重于力学试验的相关材料。
附图说明
[0018]图1为本专利技术模具的三维结构示意图。
[0019]图2为本专利技术模具的结构俯视图。
[0020]图3为本专利技术中固态硅胶板的侧视图。
[0021]图4为本专利技术中固态硅胶板的局部三维结构图。
[0022]附图标记：1、翻模框架构件；2、交叉裂隙原岩试件；3、隔板；4、L型板；5、周边围框架；6、围框底板；7、硅胶组翻模试件；8、环氧树脂组翻模试件；9、岩石裂隙；10、岩石体基质；11、固态硅胶板；12、侧板。
实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制作透明三维交叉裂隙模型的模具，其特征在于，包括翻模框架构件（1）、交叉裂隙原岩试件（2）和翻模材料试件，所述翻模框架构件（1）的外部为翻模围框，所述翻模框架构件（1）的内部通过隔板（3）隔成若干个用于放置交叉裂隙原岩试件（2）的空间，所述交叉裂隙原岩试件（2）与隔板（3）间预留空隙，所述翻模材料试件包括硅胶组翻模试件（7）和环氧树脂组翻模试件（8），所述硅胶组翻模试件（7）填充在交叉裂隙原岩试件（2）与隔板（3）间的预留空隙，用于复刻交叉裂隙原岩试件（2）的表面形貌特征；取出交叉裂隙原岩试件（2）后所述硅胶组翻模试件（7）与隔板（3）组合形成固态硅胶板（11）；所述固态硅胶板（11）的两侧分别设有侧板（12），所述环氧树脂组翻模试件（8）填充在固态硅胶板（11）与侧板（12）形成的空腔内，所述环氧树脂组翻模试件（8）用于复刻固态硅胶板（11）的硅胶裂隙表面形貌特征以形成透明三维交叉裂隙模型。2.根据权利要求1所述的用于制作透明三维交叉裂隙模型的模具，其特征在于，所述翻模围框包括L型板（4）、周边围框架（5）和围框底板（6），所述周边围框架（5）呈立方体框架，所述L型板（4）设于周边围框架（5）的四个角，所述围框底板（6）设于周边围框架（5）的底部。3.根据权利要求2所述的用于制作透明三维交叉裂隙模型的模具，其特征在于，所述L型板（4）、周边围框架（5）和围框底板（6）均采用有机玻璃制成。4.根据权利要求1所述的用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢斌，王小宇，白明龙，张宇，谢兴华，谭海劲，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：