一種含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種類巖體試樣的制備方法，具體涉及一種含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣的制備方法，屬于巖石力學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]柱狀節(jié)理是火山熔巖噴發(fā)溢流過程中由于冷卻收縮形成的呈不規(guī)則或規(guī)則形態(tài)的原生張性破裂構(gòu)造，柱狀節(jié)理多出現(xiàn)于玄武巖，在我國(guó)西南地區(qū)廣泛分布，西南地區(qū)諸多已建或在建大型水電站位于柱狀節(jié)理玄武巖之上。柱狀節(jié)理巖體作為一種具有特殊結(jié)構(gòu)的巖體，其不但具有出露的柱間節(jié)理面，在柱內(nèi)還有隱含的節(jié)理面，稱為隱節(jié)理，由于柱狀節(jié)理巖體柱間節(jié)理和隱節(jié)理的存在，導(dǎo)致柱狀節(jié)理巖體具有顯著的力學(xué)和滲透性質(zhì)的各向異性，對(duì)工程安全影響顯著，因此研究柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)和滲透性質(zhì)的各向異性，具有較高的實(shí)際和工程價(jià)值。
[0003]試驗(yàn)是巖石力學(xué)領(lǐng)域經(jīng)常采用的一種研究方法，由于柱狀節(jié)理巖體包含有多組節(jié)理且柱體體積較大，受室內(nèi)試驗(yàn)試樣尺寸大小的限制，在工程現(xiàn)場(chǎng)所取的天然巖樣只含有一組或不包含節(jié)理，并不能充分反映柱狀節(jié)理巖體的各向異性;且由于柱狀節(jié)理巖體幾何性質(zhì)的多變性，不同巖體節(jié)理差異較大，取自部分巖體的天然巖樣的試驗(yàn)結(jié)果不具有充分代表性，因此通常選用人工制樣的方法制備柱狀節(jié)理巖樣，但目前制備柱狀節(jié)理巖體人工巖樣的方法還不完備，僅能制備只含有出露的柱間節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣，還沒有有效的方法制備含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣，但隱節(jié)理對(duì)柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)和滲透特性以及各向異性有著顯著的影響，忽略隱節(jié)理就不能充分模擬實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)柱狀節(jié)理巖體的性質(zhì)，因此如何制備含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣成為巖石力學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于提供一種含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣的制備方法，該方法制得的試樣能夠完整地反映柱狀節(jié)理巖體內(nèi)部隱節(jié)理的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明涉及一種含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣的制備方法，包括如下步驟:
[0006](I)模擬實(shí)際柱狀節(jié)理巖體中隱節(jié)理的結(jié)構(gòu)、形態(tài)，確定待制備的試樣中各種類型隱節(jié)理的三維數(shù)字空間模型；
[0007](2)將不同類型隱節(jié)理的三維數(shù)字空間模型采用水溶性材料進(jìn)行3D打印，得到不同類型的隱節(jié)理模擬構(gòu)件，在所得隱節(jié)理模擬構(gòu)件表面涂抹熱熔膠；
[0008](3)模擬實(shí)際柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)性能配制水泥砂漿，將隱節(jié)理模擬構(gòu)件與水泥砂漿混合攪拌后倒入模具中，養(yǎng)護(hù)，使水泥砂漿固化成型、形成試樣部件；
[0009](4)將試樣部件脫模；
[0010](5)烘烤試樣部件至熱熔膠完全融化，然后進(jìn)行飽水、至隱節(jié)理模擬構(gòu)件完全溶解，烘干、養(yǎng)護(hù)，加工處理，得到含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣。
[0011]本發(fā)明將3D打印技術(shù)用于制備隱節(jié)理模擬構(gòu)件，可以精確控制隱節(jié)理的大小、空間形態(tài)、節(jié)理面的粗糙度;采用水溶性材料制備隱節(jié)理模擬構(gòu)件，將試樣部件完全飽水即可溶解模擬隱節(jié)理的構(gòu)件，解決了制備含無充填隱節(jié)理試樣時(shí)模擬隱節(jié)理的構(gòu)件無法取出的問題。
[0012]優(yōu)選的，水溶性材料為PVA材料。
[0013]具體的，步驟(5)中，將烘烤后的試樣部件放入水中進(jìn)行抽真空飽水。抽真空飽水可以快速讓試樣部件達(dá)到飽水狀態(tài)，水分充分進(jìn)入到試樣部件內(nèi)部。
[0014]優(yōu)選的，步驟(3)中的模具與水泥砂漿接觸的部分由鈷鉻合金材料制成，并在該部分表面涂抹熱熔膠。熱熔膠與鈷鉻合金的粘結(jié)力較弱，對(duì)水泥砂漿的粘結(jié)力較強(qiáng)，將熱熔膠均勻涂抹在鈷鉻合金模具的表面，在水泥砂漿固化形成試樣部件前，阻斷水泥砂漿與模具的粘結(jié)，避免后續(xù)脫模時(shí)破壞試樣部件的結(jié)構(gòu)。
[0015]進(jìn)一步的，步驟(3)中，所述模具底部設(shè)有密封的氣孔，脫模時(shí)，將該氣孔解除密封，自氣孔向模具內(nèi)鼓入空氣，使試樣部件從模具中脫出。脫模方便快捷，且不會(huì)破壞試樣部件的結(jié)構(gòu)。
[0016]較優(yōu)的，步驟(2)中，涂抹的熱恪膠的厚度為0.5?0.6_。此時(shí)，極薄的熱恪膠可以完整的模擬隱節(jié)理面或者實(shí)際巖體表面的粗糙度。
[0017]具體的，步驟(5)中，將養(yǎng)護(hù)后的試樣部件經(jīng)粘接、切割、打磨得到含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣。
[0018]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0019](I)本發(fā)明首次將3D打印技術(shù)應(yīng)用于含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣的制作，采用三維數(shù)字空間模型可以完整表現(xiàn)所制備柱狀節(jié)理巖體試樣中隱節(jié)理的類型、大小、空間形態(tài)和粗糙度，通過3D打印技術(shù)制作模擬隱節(jié)理的構(gòu)件，可以將三維數(shù)字空間模型精確打印成物理模型，可以精確控制隱節(jié)理的大小，空間形態(tài)，節(jié)理面的粗糙度；同時(shí)，本發(fā)明采用水溶性材料制備隱節(jié)理模擬構(gòu)件，完全飽水即可溶解試樣部件中模擬隱節(jié)理的構(gòu)件，解決了制備含無充填隱節(jié)理試樣中隱節(jié)理模擬構(gòu)件無法取出的問題;而且，在構(gòu)件表面涂抹熱熔膠，防止了構(gòu)件在與水泥砂漿接觸過程中溶解；
[0020](2)通過采用鈷鉻合金制備模具中與水泥砂漿接觸的部分，并在該部分涂抹熱熔膠，可避免水泥砂漿與模具的粘結(jié)、使得成型試樣不能有效脫模；
[0021](3)通過在模具底部預(yù)留小孔，在脫模時(shí)，通過自小孔向模具內(nèi)鼓入空氣，將試樣部件頂出模具，快速脫模，脫模方便快捷，不會(huì)破壞試樣部件或其中隱節(jié)理的結(jié)構(gòu)；
[0022](4)本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，高效，快捷，應(yīng)用范圍廣，可以根據(jù)實(shí)際需要制備不同類型含復(fù)雜結(jié)構(gòu)的無充填隱節(jié)理柱狀節(jié)理巖體試樣，為制作含無充填隱節(jié)理巖體試樣開辟了新思路。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣的制備方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的一種含無充填隱節(jié)理的柱狀節(jié)理巖體試樣的制備方法，包括如下步驟:
[0026](I)模擬實(shí)際柱狀節(jié)理巖體中隱節(jié)理的結(jié)構(gòu)、形態(tài)，如隱節(jié)理的類型數(shù)量、大小、空間形態(tài)、粗糙度等，確定待制備的試樣中各種類型隱節(jié)理的三維數(shù)字空間模型；
[0027](2)采用水溶性材料，如PVA材料，通過3D打印技術(shù)將不同類型隱節(jié)理的三維數(shù)字空間模型打印成不同類型的隱節(jié)理模擬構(gòu)件，并在所得隱節(jié)理模擬構(gòu)件表面涂抹熱熔膠；
[0028]在隱節(jié)理模擬構(gòu)件表面涂抹熱熔膠，可防止構(gòu)件在與水泥砂漿接觸過程中遇水溶解;為了能夠完整的模擬隱節(jié)理面的粗糙度，可將涂抹熱熔膠的厚度控制在0.5?0.6_;可采用高精度的熱熔膠槍涂抹熱熔膠，高精度熱熔膠槍可以精確的控制熱熔膠噴出的體積，涂抹的熱熔膠的精度可以控制在0.1mm左右。
[0029](3)模擬柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)性能配制水泥砂漿，將各種類型的隱節(jié)理模擬構(gòu)件與水泥砂漿混合攪拌后倒入模具，然后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使水泥砂漿固化成型、形成試樣部件；
[0030]模具與水泥砂漿接觸的部