[发明专利]含几何损伤类岩石材料试件的制备方法

说明书

本发明公开了一种含几何损伤类岩石材料试件的制备方法，它包括模具的组装和试件制作两大步骤，其中试件制作包括含有大量随机分布的孔隙类岩石材料试件的制作，和含有一定数量的、形状可控的、分布形式呈一定规律的孔隙类岩石材料试件的制作。利用本发明方法做出的岩石试件能模拟岩体中的原生孔隙，从而更好的进行岩石损伤力学试验。

技术领域

本发明属于混凝土、石膏等类岩石材料试件制备技术领域，具体涉及一种含几何损伤类岩石材料试件的制备方法。

背景技术

岩石(或混凝土等)是一种典型的脆性材料，表现出与金属、合金和聚合物不同的特性，根本原因在于它是一种内部含有许多宏观、微观裂隙的多孔介质。从本质上讲，岩石是自然界的产物，由多种矿物晶粒、孔隙和胶结物组成，经过亿万年的地质演变和多期复杂的构造运动，岩石内部含有不同阶次随机分布的孔隙和裂纹。在实际工程中，这些含有随机孔隙和裂纹的岩体受到爆破、加载、开挖、卸荷等工程扰动的影响，又不可避免地会在原岩基础上产生新的损伤裂隙，其内部裂纹、孔隙、滑移、错位等缺陷的形成、发展和演化会严重影响到岩石的宏观力学效能，对工程应用带来重大困难。

在矿山、土木、水利、交通、国防、能源等众多岩体工程中，岩石损伤力学研究仍是一个热门课题，它主要针对如何评价围岩的稳定性，进行合理的支护决策，以保证工程的安全建设和长期使用，对大量含预制损伤的岩石试件从裂纹的萌生、扩展、演化到断裂、破坏全过程进行多物理场实验模拟和观测，旨在建立岩石损伤本构模型和损伤演化方程，评价岩体的损伤程度，进而评估其稳定性。在进行岩石损伤力学试验研究之前，首先要制备出合理的损伤试件，因此如何在室内通过人工方法制备内部含定量随机损伤孔隙及损伤孔隙在其内部成规律分布的岩石相似材料试件成为岩石损伤特性研究中的一个难题。

目前，国内外学者对含初始损伤裂隙岩石试件的制作方法进行了大量探索，具体可分为以下几类：

①采用预埋薄金属片、硬纸片、塑料圆管法在类岩石材料中制造穿透裂隙。

②采用线切割、水利切割法或利用车床进行钻孔、磨制，在真实岩石中预制裂隙。

③其他方法。如采用预压致裂法，形成裂隙试件，专利(CN104330291A)；采用在水泥砂浆中加椭圆形聚酯薄膜片的方式，在混凝土中形成非连续面，以模拟岩体中的非贯通单裂隙；将熔融石英块、熔融石英砂、矿物油、云母片等材料内置于树脂等透明材料内，模拟岩体中的原生裂隙等。

上述方法中，①②为国内外学者普遍认可的预制裂隙类岩石试件的方法，所制造的裂隙一般为贯通裂隙，裂隙数目较少，尺寸较大，与实际工程中许多裂隙为非贯通小型孔隙的情况不符。方法③中所列举的几种裂隙试件特殊制作方法，各自均有一定的研究对象和目的，其适用范围受局限。

随着类岩石材料及岩石损伤研究的进一步拓展，例如研究初始损伤、损伤演变对岩石承载力、长期强度的影响(弱化效用)、评估岩体的损伤程度和稳定性、探究裂隙尖端应力及变形场及裂隙扩展分布规律，裂隙的形态不应局限于圆形或椭圆形，岩石内部的孔隙数目应适当增多且其分布形式应当是多种多样的，尤其是利用类岩石材料进行研究时，应尽可能地做到与岩石内部实际的裂隙形态及分布形式相符。因此如何在类岩石材料试件的内部预制出相当数目的微小孔隙(裂隙)、且孔隙的几何形态及分布形式多样，是本发明的关键技术所在。