[发明专利]一种柱面含充填气孔的柱状节理岩体试样制备方法

说明书

本发明公开了一种柱面含充填气孔的柱状节理岩体试样制备方法，包括：测定玄武岩柱状节理岩体的横断面几何形态、岩层产状、节理隙宽及单柱的柱面形态特征，用Revit软件并基于相似比准则构建柱状节理岩体的三维模型；根据不同单柱柱面形态特征，建立统计分析表格；将柱状节理岩体三维几何模型与柱面气孔统计分析数据导入3D打印机；将玄武岩粉末作为柱体材料，次生性黄泥作为节理与柱面气孔充填材料，分别装入3D打印机双喷头内同时打印，形成柱状节理岩体初始试样；后期打磨、抛光、修平，养护成满足渗流试验要求的柱状节理试样。本发明方法所制得的试样能真实反映柱面充填气孔的分布状态，可用于研究柱面充填气孔对柱状节理面渗流特性的影响。

技术领域

本发明涉及一种柱面含充填气孔的柱状节理岩体试样制备方法，属于岩体力学、地质学、渗流力学与3D打印技术多学科的交叉技术领域。

背景技术

柱状节理是玄武岩一种常见的原生构造，柱状节理岩体是一类特殊的工程地质岩体，其节理面一般为横截面规则的多边形柱体面。中国大陆柱状节理节理分布广泛，西南地区某大型水电站即选址在柱状节理区，随着项目建设的发展，研究者越来越注意到柱状节理岩体非线性、各向异性节理面渗流的研究价值，其已成为该水电工程主要的岩石力学问题之一。

玄武岩柱状节理成因的主导学说为“冷却收缩说”，节理桩长的大小主要与熔岩的厚度、岩浆冷凝收缩的速度及温度密切相关，当熔岩在压力减小和温度骤然降低的条件下，其中挥发性成分不断散失，再加上熔岩迅速冷却而凝固，在柱面中形成圆形、条带状、拉长状气孔。气孔的存在改变了节理面导水状态，气孔充填物往往在水流冲刷下流失，气孔则具有一定的储水能力，柱状节理渗流因此表现出典型的各向异性、不连续性。

赋存气孔节理面的渗流特性很难用常见的粗糙度理论解释，经典立方定律更加不适用，渗流控制方程Reynolds方程与N-S方程的适用性有待进一步研究。

由于现场试验费用高、结果离散性大，同时柱状节理取样困难，且块体通常较大。因此，通过室内人工调试配比，基于相似比准则开展力学理论研究成为一种较为实用的方法。在柱状节理渗流方面，相关学者主要关注节理面粗糙度、节理填充物及节理充填度等因素对节理渗流的影响，而忽略了对一种普遍存在于节理面的充填气孔对渗流特性的影响。

综上所述，忽略柱面充填气孔的存在将不能真实反映柱状节理岩体的工程性质，如何便捷地制备一种柱面含充填的气孔的柱状节理试验并开展渗流试验研究成为当前岩石力学、渗流力学试验领域重要的且亟需的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种柱面含充填气孔的柱状节理岩体试样制备方法，该方法可真实反映柱面充填气孔对柱状节理岩体界面渗流特性的影响，制样方法简便、高效、成品率高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种柱面含充填气孔的柱状节理岩体试样制备方法，包括如下步骤：

(1)采用原位地质调查，测定玄武岩柱状节理岩体的横断面几何形态、岩层产状、节理隙宽及单柱的柱面形态特征，利用Revit软件并基于相似比准则构建柱状节理岩体的三维几何模型；

(2)根据柱状节理岩体不同的单柱柱面形态特征，建立数据统计分析表格以定性、定量描述所述柱状节理岩体的柱面气孔的数量、几何形状与空间位置，将所述柱状节理岩体的柱面气孔统计分析数据与所述的柱状节理岩体的三维几何模型导入3D打印机；

(3)玄武岩粉末作为柱体材料，次生性黄泥作为节理与柱面气孔充填材料，将上述材料分别装入3D打印机2个喷头内同时打印，形成柱面含充填气孔的柱状节理岩体初始试样；

(4)进行后期打磨、抛光、修平，养护成满足渗流试验要求的柱状节理试样。

所述的步骤(1)的具体过程为：