[发明专利]含三维自然粗糙状态闭合节理类岩石试样制备装置与方法

说明书

本发明提供了含三维自然粗糙状态闭合节理类岩石试样制备装置与方法，实现了含不同尺寸、方位和间距的自然粗糙状态的非贯通闭合节理类岩石试样的制备，以还原真实岩体内部的节理面粗糙形态和接触特征，为准确揭示节理岩体变形破坏特性的室内试验研究提供可靠的制样技术。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及含三维自然粗糙状态闭合节理类岩石试样制备装置与方法。

背景技术

在长期地质作用下，岩石内部发育有不同组构特征和接触状态的非贯通节理，非贯通节理的存在破坏了岩石的完整性，且大大弱化了岩石抗变形和抗破坏的能力，所以深入研究非贯通节理岩体在工程实际受力状态下的力学行为对保证岩石工程在施工和运行期间的稳定性具有重要的意义。

非贯通节理一般以三维闭合状态赋存于岩石内部，且随着工程的开挖，逐渐被揭露。由于受室内试验试样尺寸的限制以及现场非贯通节理发育的随机性，在工程现场很难采取符合室内试验条件的含三维非贯通节理的试样，同时采样过程中的卸荷扰动会进一步破坏非贯通节理的初始接触状态。所以目前有关非贯通节理岩体力学特性的室内试验研究所采用的试样绝大多数是通过在类岩石材料或真实岩石材料中预制非贯通节理的方法制备而来。

申请号为CN201510814787.X的中国发明专利“一种制作三维节理裂隙圆柱型岩石试样的方法”、申请号为CN201510814787.X的中国发明专利“一种非贯通节理岩体裂隙面的制取与试验方法”均采用动力切割真实岩石的方式来获得非贯通节理。该方法预制的非贯通节理均为二维穿透型且呈张开状态，同时节理面形态平直，未实现自然粗糙状态。

申请号为CN201510823732.5的中国发明专利“一种任意方位多组节理岩桥试样制备装置及方法”、申请号为CN201610621374.4的中国发明专利“一种相似材料岩体试样断续节理精确定位制作装置”、申请号为CN202010301110.7的中国发明专利“一种制作含非贯通交叉节理试样的方法”等均采用“插拔法”在类岩石材料中预制非贯通节理，但节理仍为二维穿透型且呈张开状态，同样未能实现节理面的自然粗糙状态。申请号为CN202110433218.6的中国发明专利“含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置及方法”公开了一种含差异接触状态非贯通节理相似材料试样制备装置及方法，该方法虽然实现了节理的闭合状态，但节理仍为二维穿透型，同时也未能实现节理面的自然粗糙状态。

申请号为CN202010684666.9的中国发明专利“一种用于制作不同粗糙度岩石节理的装置及方法”、申请号为CN202010684869.8的中国发明专利“劈裂形成多角度岩石节理面的模具及节理试样制作方法”均通过劈裂真实岩石获得具有自然粗糙状态的节理面，但节理均是贯通的，且该方法难以精确控制节理面粗糙状态，可重复性差。申请号为CN201510257888.1的中国发明专利“利用3D打印制作含特定几何特征结构面的节理试样方法”公开了一种通过3D打印技术制作含特定几何特征节理面的方法，通过3D打印技术以及布尔运算获得两部分互补试块模型，并将其分别置于两个制样盒中，向制样盒中浇筑相似材料，待其凝固成型后拆模养护，从而获得具有自然粗糙状态的节理，但节理仍是贯通的。申请号为CN201711446778.5的中国发明专利“一种内部含非贯通结构面相似材料模型的制作方法及装置”公开了一种通过3D打印实现试样内部非贯通节理的制备方法，通过3D打印将锡铅合金的节理面模具安装到类岩石试样内部进行浇筑，最后将模具熔化，并将其从类岩石试样内部吸取出来，从而实现类岩石试样内部非贯通节理的制备。该方法虽然在非贯通条件下实现了节理的自然粗糙状态，但节理不是呈闭合状态，且在吸取熔融模具的过程中会破坏试样的完整性，操作复杂，成本较高。