[发明专利]一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备岩体试样的模具及方法，特别涉及一种用于制备贯通裂隙 岩体试样的模具及方法。

背景技术

在我国水利工程及地下石油储备工程的蓬勃发展的背景下，裂隙岩体日益成为工程 中经常遇到的一种复杂介质，裂隙对裂隙岩体的力学性质有着控制作用，因此裂隙岩体 的力学性质与完整岩体有着显著的区别。目前，室内在岩石力学试验领域。如何在室内 通过人工方法采用相似材料制备贯穿裂隙岩石试样，成为裂隙岩特性研究中的一个难 题。目前还没有比较完备的方法制作贯穿裂隙岩体试样，普遍存在着对裂隙位置定位不 精确，裂隙大小的精度控制不足，不能充分考虑裂隙的空间形状，制备的裂隙岩体试样 不易脱模，制备贯穿裂隙时脱膜后难以贯通，从而导致脱模时或脱膜后容易破坏裂隙内 部结构，改变裂隙的形状和大小，在裂隙周边产生新生裂隙等问题。

以下对目前制作裂隙岩体试样采用的方法做以简介：

1、2014年公开号为CN103822808A的中国发明专利申请《一种随机裂隙岩石试 样的制作方法》中，公开了一种将锡条与水泥砂浆混合搅拌，经过低温处理，锡条变为 粉末状形成裂隙，水泥砂浆作为岩石材料的制备裂隙岩石试样的方法。该方法适用于随 机裂隙的制作，无法制备具有特定空间形态裂隙的试样。

2、2014年公开号为CN102435475A的中国发明专利申请《一种室内单裂隙岩石 试样制备装置》中，提出了一种充填一定厚度粘结材料的单裂隙岩石试样制备装置， 该装置由底座、上座、上下部岩芯固定套环、螺纹主轴、调节螺帽、固紧螺帽组成。该 方法无法制备内部含有贯穿裂隙的岩石试样。

3、《辉长岩中张开型表面裂隙破裂模式研究》介绍了一种在辉长岩中制作张开型表 面裂隙的方法，该方法采用圆形切割刀具在试样表面预制张开型表面裂隙，该方法适合 制作表面裂隙，无法在制备内部含贯穿裂隙的试样。

4、《三维裂隙组扩展及贯通过程的试验研究》一文介绍了一种采用椭圆状薄铝片模 拟原生裂隙的方法(参见《岩石力学与工程学报》2008年增1期，作者郭彦双等)， 铝片具有一定的刚度，会影响试样的整体力学性能。

综上所述，岩石力学试验领域迫切需要一种比较完备的制备贯穿裂隙岩体试样的方 法。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具，本发 明的第二目的是提供一种使用该模具制备贯通裂隙岩体试样的方法。

技术方案：本发明所述的一种用于制备贯通裂隙岩体试样的模具，包括模具本体和 插片，该模具本体包括用于形成试样的圆柱形空心腔体，该空心腔体具有开口端和封闭 端，该封闭端设有与空心腔体贯通的通孔，该通孔的孔径小于空心腔体的直径；插片穿 过通孔轴向贯穿空心腔体，用于形成试样裂隙；模具本体由模具片沿空心腔体周向拼接 而成。

空心腔体用于形成试样，将插片插入通孔直至穿过空心腔体，形成试样的同时预留 裂隙的位置，脱模时，拔出插片，形成裂隙；而且，模具本体由模具片拼接而成，脱模 时只需分开模具本体即可脱模，避免传统的整体脱模时贯通裂隙周围产生新生裂隙。

较优的，模具片为半圆形柱体，模具本体为两块相同的模具片拼接而成的圆柱体。

进一步的，通孔与插片之间留有0.5～1.5mm的缝隙。以便于插片插入通孔内。

上述通孔的横截面为长方形、正方形、圆形或椭圆形。

本发明所述的通过上述模具制备贯通裂隙岩体的方法，包括如下步骤：

A.根据待制备的裂隙岩体试样的几何尺寸及试样内贯穿裂隙的形态和分布，确定 用于制备试样的模具本体的三位数字模型；

B.将该模具本体三维数字模型沿轴向分割得到模具片的三位数字模型，通过3D 打印得到模具片，通过3D打印得到模具片；

C.将模具片拼接成模具本体并固定，在通孔内插入与贯通裂隙尺寸吻合的插片；

D.配制水泥砂浆并将其注入空心腔体，水泥砂浆固化成型、形成试样；

E.拔出插片，分开模具本体，使试样脱模，养护，得到裂隙岩体试样。

上述步骤B中，采用透明光敏材料打印模具片。

上述步骤D中，模拟实际裂隙岩体的力学性能配制水泥砂浆。

优选的，插片由高强度塑料制成。