[发明专利]用于层状裂隙灰岩试验的裂纹系统试件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于岩石材料技术领域，具体涉及在原状岩样中产生具统计规律且可与天然岩体中裂隙类比的裂纹系统试件的制备方法，可用来研究裂隙岩体的力学特性。

背景技术

岩体多裂隙性。层状裂隙岩体，特别是层状灰岩是我国水利、矿山等各种岩体工程中经常遇到的一种复杂介质。对层状裂隙灰岩力学特性的研究，是实际岩体工程的需要，同时也是一个科学性的问题。实验研究是认识和掌握裂隙岩体力学特性的最重要手段，包括了原位试验和室内实验。进行大量的原位试验毕竟条件有限，室内实验成了广泛采用的重要方法，是试图从宏观微观方面去认识裂隙岩体力学特性。

国内外现有的关于裂隙岩体试验研究多集中采用模型试验和数值试验方法进行：对于模型试验，由于制作模型试样相对容易实施，因而这种试验方法为国内外众多学者所采用。即将岩体的工程效应(如结构特征和赋存环境等)统一到模型试验中去，通过石膏、水泥砂浆、重晶石等与其它混合料按一定比例配制，并通过在模型试样中掺入裂纹片(如云母和纸片等)和薄钢片来预制并模拟张开和闭合裂隙，从而来研究节理裂隙岩体的力学特性。如Fumagailli(1973)、R.J.Lutton(1974)、Bobet and Einstein(1998)、R.H.C Wong et al(2001)、张平等(2006)、李银平和杨春和(2006)等的研究。也有用陶瓷代替岩石材料进行岩石试验(李术才，李廷春，朱维申，2006)。数值试验方法是近年来研究的热点，研究成果多集中采用东北大学岩石破裂与失稳研究中心研发的岩石破裂过程分析系统RFPA2D，对单裂纹或多裂纹岩石试样进行数值模拟，基于模拟结果来分析和探讨裂隙对岩体力学特性的影响规律。这种分析方法考虑了岩体材料的非均质性，但仍假定数值模型属于平面应力或平面应变问题。因而制作的模型试样以及数值试样与真实的岩石材料仍然存在着较大的差异性。基于以上的原因，就有研究者在真实岩样中预制裂纹来模拟真实岩样中的真实裂隙，但由于岩石比较坚硬，制作裂纹并非容易的事，尤其是岩石越硬越不容易加工裂纹，故目前在真实岩样中预制裂纹基本上只能是从外围进行简单的切割加工，虽然比制作模型在材料类比上更进一步，但还是不能反映出原状岩样裂隙系统的真实地质沉积属性。对裂隙岩体实验测试试样的研究依然是个关键性的问题，没有一个概化合理的试样模型，则得出的试验成果的可靠度也大打折扣。

如何充分结合岩石的地质成因特性，考虑岩体的层状结构以及沉积层纹特点，在运用影响岩体结构发育状态的主要因素条件下，制备可与天然岩体裂隙系统相类比的实验室测试的岩石试样是非常值得研究的。目前还没有这样的研究报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于层状裂隙灰岩试验的裂纹系统试件的制备方法。

技术方案：本发明是将天然岩体中产生具有地质成因特征和统计规律裂纹的裂隙岩样用于裂隙岩体力学性质研究。经多年的野外工程实践和调研，薄层状的灰岩多数具有沉积岩明显特征的层纹结构，可利用这一特征进行灰岩岩石材料选样。在现场选取具有典型薄层特征的灰岩（一般在野外风化后或在卸荷带区，层纹结构特征明显）。现场钻取岩芯，取出的岩样要求层纹特征明显，强度符合工程要求。制样时加工的试样基本尺寸和加工精度均要符合岩石试验标准。

本发明用于层状裂隙灰岩试验的裂纹系统试件的具体的制备方法如下：

（1）选样：选取具有薄层状结构的灰岩岩样，薄层状结构肉眼可见，但隙宽测量不出，这种岩石常见于水利水电工程中的边坡、坝肩等卸荷区内；

（2）取样：在现场钻取岩芯，加工成圆柱形样，为了减少岩样之间的差异性，钻取岩芯时尽量在同一块岩样的同一方向进行加工，并保证岩样表面没有明显裂纹，上下表面平行度在0.05mm以内，表面平面度在0.02mm以内；

（3）制备：

①将加工好的岩样抽真空4-6小时，饱水12-24小时；

②将真空饱和后的岩样，放到-20（±2）℃的冻结箱中冻结4-6小时，然后在20（±2）℃的水中融解4-6 小时；

③将解冻后的饱和岩样放在温度为105±2℃的烤箱中烘烤24-36小时（根据热裂化原理）；

④将烘烤后的岩样放置在空气中冷却；

此时一个循环结束，每个循环结束后比较每个步骤岩样重量的变化以及岩样外观微隐伏结构微裂纹的变化，同时测量微裂纹的隙宽，如果有明显裂纹生成，即裂纹隙宽在0.5mm-2.0mm，则得到裂纹系统试件，制备过程结束；如果没有达到所要求的隙宽，继续进行①-④的实验循环。