[发明专利]一种基于水泥砂浆材料制备含闭合裂隙立方体模型的方法

说明书

本发明公开一种基于水泥砂浆材料制备含闭合裂隙立方体模型的方法及模型，具体实施步骤包括：根据插片和立方体模型尺寸及裂隙展布形态裁剪一对保鲜膜，插片表面涂抹润滑油薄层后将保鲜膜粘贴在插片两侧，然后将贴有保鲜膜的插片从垫板底面穿过限位槽，并始终保持直立状态，将另一端超出的保鲜膜垂直限位槽走向弯折90°并平铺在垫板底部；将处置好的插有云母片的垫板置于浇筑平台上，然后将模具套在垫板上，保持模具底部与垫板底面位于同一水平面，接着向模具中浇筑水泥砂浆材料，轻轻振捣密实后静置不超过30min，缓慢拔出插片，继续养护24h后拆模，最后将裂隙模型置于标准养护室中继续养护28天；制成的试件裂隙是闭合裂隙，整个过程操作简单。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种基于水泥砂浆材料制备含闭合裂隙立方体模型的方法。

背景技术

1947年，能量释放率概念的提出，标志着线弹性断裂力学理论的诞生，1957年，应力强度引子概念及K判据的提出，则标志着线弹性断裂力学的最终建立。基于断裂力学理论建立之初在解释含初始缺陷的玻璃、金属结构及工业陶瓷材料破坏问题与机制的优越性，加之断裂力学破坏判据在数学表达形式上的简洁性，考虑到岩体中遍布节理裂隙等初始缺陷的现实状态，岩石力学工作者至始至终都在尝试将其引入岩石力学研究领域，并用以解释岩石类材料在压缩状态下的断裂破坏问题。在断裂力学建立之初，它主要解决脆性材料的三类破坏问题：拉伸型、剪切型和撕裂型，但是岩石材料不同于金属材料，抗压能力强，抗剪、抗拉能力弱的特点决定了其在工作环境中更多是承担压缩载荷，如何建立适用于岩石力学领域的岩石断裂判据，成为困扰岩石力学工作者的难题。1963年，二维滑动裂纹模型的提出，为岩石力学工作者带来了希望，由于它在解释岩体中微裂纹延性开裂机制方面的优越性，逐渐被岩石力学界所接受，并成为建立岩石断裂力学理论框架的基础。

由于水泥砂浆材料制备的模型具有与岩石材料相似的物理力学特性，它成为岩石力学工作者进行室内模型试验研究时的首选材料，在岩石断裂力学研究领域也不例外，自岩石断裂力学理论框架建立以来，各种含初始缺陷模型试件的制备方法被不断提出，诸如插片法、小块体堆砌法、预埋件法等，不断被用来制备室内裂隙体相似模型试件，用于单轴、双轴或三轴压缩试验中，研究岩石类脆性材料在不同应力状态下的断裂力学响应模式与机理。虽然这些方法能够制备出含初始缺陷或损伤的裂隙体相似模型试件，但是采用上述方法制备的模型试件具有一个共同的特征：初始缺陷或裂隙是张开的，不是闭合的。这与岩体中初始微裂纹赋存形态并不一致，基于含有张开裂隙试件进行的系列试验研究，以及所获得的试验现象与结果，就不能真实地反映岩体中初始微裂纹的断裂屈服形态与规律。认识到这一不足之后，诸多学者提出了闭合裂隙制备方法-拔片法，并提出采用光源照射方法检查裂隙闭合程度。如：利用模型材料凝固过程中发热膨胀原理，在养护过程中拔出预置拉紧聚合物薄片法制备闭合裂隙；终凝前拔出预埋薄钢片的方法制备闭合裂隙。但是，根据目前已有的闭合裂隙试件制作技术，并不能制备出符合试验要求的闭合裂隙试件：拔片过早(初凝前)，由于模型材料尚具有一定的流动性和自我修复能力，拔出插片后两侧材料将会融合并胶结成整体，裂隙不复存在；拔片过晚(初凝后、终凝前)，虽然模型材料不具备自我修复能力，但是同样也不具备流动性，为保持插片刚度，它总是具有一定的厚度，插片拔出后，留下的空隙也会一直存在，而不会发生发热膨胀闭合现象。

为了揭示含初始缺陷岩体在压缩状态下的力学响应规律与机制，制备含闭合裂隙模型试件是试验成功的前提和保障，然而现有技术和方法并不能解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于水泥砂浆材料制备含闭合裂隙立方体模型的方法，用于有效地解决室内试验条件下无法制备闭合裂隙试件模型的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种基于水泥砂浆材料制备含闭合裂隙立方体模型的方法，包括以下阶段：

阶段1，预埋插片的制备，包括以下步骤：