[發明專利]一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法

在審

• 申請號: 201610032124.7
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105675365A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 趙愷;王環玲;徐衛亞;巢志明;夏季;賈朝軍;林志南;王蘇生;孟慶祥;楊蘭蘭;徐貝貝
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種巖體試樣的制備方法，特別涉及一種含充填裂隙巖體試樣的制備方 法。

背景技術

裂隙巖體是工程中經常會遇到的一種介質。裂隙巖體與完整巖石的主要區別在于裂 隙巖體含有較多的結構面，裂隙巖體的力學性質主要由這些結構面所控制。試驗是巖石 力學領域經常采用的一種研究方法，但因為天然裂隙巖體幾何性質的多變性，不同巖體 裂隙差異大，取自天然裂隙巖體的巖體試樣不具有代表性，而且現場實驗工作條件復雜， 投入資金大，因此通常采用室內試驗人工制樣的方法對裂隙巖體的力學性質進行研究， 但目前并沒有比較完備的制備人工裂隙巖體試樣的方法。而且，有些裂隙巖體中還包括 一些充填物，由于含充填裂隙巖體的裂隙分布在巖體的內部，傳統的制備試樣的方法無 法將粉末狀固體顆粒填充入裂隙中。

目前制備裂隙巖體試樣或含充填裂隙巖體試樣的方法主要包括如下幾種：

1、專利號為201520131517.4的中國實用新型專利《組合式三維裂隙巖體制樣模具》 中，公開了一種三維裂隙巖體試樣制備模具，該模具由底座、外框結構、插板，裂隙位 置調節裝置組成；制作不同形狀、幾何尺寸的巖樣時，需要制作新的模具，耗時耗力， 成本較高；

2、申請號為201410052815.4的中國發明專利申請《一種隨機裂隙巖石試樣的制作 方法》中，公開了一種將錫條和砂漿材料混合攪拌，在低溫下錫條變為粉末形成裂隙裂 隙的隨機裂隙巖樣的制備方法；通過該方法制作出的裂隙巖樣無法控制裂隙的大小，空 間形態，數量及分布情況，無法滿足試驗要求；

3、申請號為201510101177.5的中國發明專利申請《斷續充填裂隙巖石試樣模型的 制作方法》中，公開了一種將模擬裂隙的薄片材料用水溶線固定在制樣模具中，再將混 合材料分層倒入涂抹脫離劑的試樣模具內，加熱后從模具中取出得到斷續充填裂隙巖石 試樣模型的制作方法；使用該方法制作巖樣裂隙較為單一，無法制作出含有復雜裂隙的 裂隙巖體，且其裂隙充填物為薄片模擬材料，與實際裂隙充填物不符，巖樣制成后，脫 模過程中容易對巖體造成破壞，對試樣結果造成無法控制的影響。

綜上所述，目前制備裂隙巖體試樣的方法普遍存在著巖體尺寸更改時需要制造新的 模具、不夠靈活、不能有效控制裂隙的形狀以及分布、脫模時對裂隙造成破壞、不能構 造復雜裂隙結構等問題，因此迫切需要一種比較完備的制備裂隙巖體試樣的方法。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法，該方法制作 的裂隙巖體試樣能夠充分模擬實際巖體，試樣不需脫模，能保證試樣的完整性。

技術方案：本發明涉及一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法，包括如下步驟：

(1)根據實際裂隙巖體的幾何形態以及該巖體中裂隙的形態和分布，構建待制備 試樣的三維數字模型、并該三維數字模型輸入3D打印機中；

(2)模擬實際裂隙巖體準備用于形成試樣的巖塊部分以及裂隙內充填物的原料， 并以水溶性材料為原料用于形成試樣裂隙，將上述三種原料分別置于3D打印機的不同 噴頭內，通過3D打印，得到含充填物的初步試樣；

(3)將該初步試樣浸泡在水中，使水溶性材料完全溶解，得到最終試樣。

本發明采用3D打印技術，可精確控制裂隙的形態和分布；將試樣的巖塊部分、試 樣裂隙以及裂隙內填充物同時打印出來，浸水后形成的最終試樣中本身即含有裂隙和充 填物。

上述步驟(1)中，使用SolidWorks軟件構建所述實際裂隙巖體的三維數字模型。

具體的，步驟(2)中，模擬實際裂隙巖體的力學性能配制水泥，以該水泥為原料 打印試樣的巖塊部分。

較優的，水泥為粉煤灰水泥。粉煤灰水泥水化熱低，干縮性與抗裂性好，能夠使打 印得到的裂隙巖體達到較為理想的狀態。

上述步驟(2)中，取實際裂隙巖體的裂隙內充填物制成粉末，以該粉末為原料打 印試樣裂隙內充填物。

優選的，水溶性材料為InfinityRinse-Away水溶性材料。其成本低廉，易溶于水， 且可適應復雜的打印對象。