一種不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型巖芯試樣的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型巖芯試樣的制備方法，包括如下步驟：(1)利用程序算法實現(xiàn)生成voronoi圖進(jìn)而生成3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀；(2)用不同厚度的有機(jī)玻璃模擬節(jié)理的尺寸建立步驟(1)中的不同柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)；(3)用不同填充材料充填柱體的節(jié)理來模擬不同節(jié)理間的強(qiáng)度；(4)獲得隨機(jī)不規(guī)則柱狀節(jié)理的人造巖芯試樣。利用該方法得到的試樣可以用來研究形狀不規(guī)則的柱狀節(jié)理、節(jié)理尺寸變化、節(jié)理強(qiáng)度變化的人造柱狀節(jié)理模型試驗試樣，能夠用來相對準(zhǔn)確的模擬出節(jié)理裂隙變化、節(jié)理尺寸變化和節(jié)理強(qiáng)度變化的柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性、滲流特性、流變特性，本分明成本低廉、操作簡單。
【專利說明】一種不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型巖芯試樣的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是巖石力學(xué)工程、水電工程、石油工程、采礦工程等領(lǐng)域中以柱狀節(jié)理裂隙巖體為巖石工程對象的工程問題，具體涉及模型試驗中不規(guī)則節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型中的試樣的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]巖體的形成是在漫長的地質(zhì)歷史過程中經(jīng)歷變形、遭到破壞，是建造與改造共同作用的結(jié)果。由于不同的地質(zhì)成因，形成不同類型的巖性和巖相，其構(gòu)成巖體的物質(zhì)基礎(chǔ)；同時，巖體又經(jīng)受了多次構(gòu)造運動的改造作用及復(fù)雜的表生演化，發(fā)生了構(gòu)造變形與破裂，破壞了巖體的完整性，廣泛發(fā)育了不同成因、不同規(guī)模、不同特性的結(jié)構(gòu)面，如節(jié)理、裂隙等，這些重復(fù)和相交的不連續(xù)面將完整的巖石切割成不規(guī)則的巖塊。柱狀節(jié)理是特殊的節(jié)理的一種，是玄武巖特有的構(gòu)造，它往往將玄武巖切割成六棱柱狀或其他形狀不規(guī)則的棱柱狀。白鶴灘水電站壩址區(qū)玄武巖部分巖層中不僅發(fā)育柱狀節(jié)理，而且在柱狀節(jié)理切割的柱體內(nèi)發(fā)育不規(guī)則的縱向(平行柱體)與橫向(垂直柱體)微裂隙，巖體中還發(fā)育較多的緩傾角結(jié)構(gòu)面，柱狀節(jié)理及微裂隙切割后巖體中巖塊的直徑一般為1cm左右，這也是白鶴灘柱狀節(jié)理玄武巖的特點，從傳統(tǒng)工程地質(zhì)和巖體質(zhì)量分類角度看，屬于完整性較差巖體。柱狀節(jié)理玄武巖的變形性能是否滿足高拱壩壩基嚴(yán)格的變形要求，是金沙江白鶴灘水電站的主要工程地質(zhì)問題之一。故通過模型實驗充分的分析白鶴灘柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性，從而指導(dǎo)設(shè)計、施工和運營。
[0003]因利用相似材料的模型實驗進(jìn)行對比研究具有方便、可控性強(qiáng)、造價低和針對性強(qiáng)等優(yōu)點，此方法廣泛應(yīng)用于研究巖石工程問題的研究。通過相似材料來模擬構(gòu)建柱狀節(jié)理的裂隙網(wǎng)絡(luò)從而分析柱狀節(jié)理巖體的變形性能問題。巖石力學(xué)實驗室研究巖石物理力學(xué)性質(zhì)測試常用的是圓柱形試樣和立方體試樣，尺寸多為Φ25ι?πι*Φ50πιπι、Φ50mm*Φ 100mm或者50mm3。為了盡可能真實分析研究柱狀節(jié)理對整個巖體的力學(xué)特性的影響，減小乃至消除邊界效應(yīng)對實驗結(jié)果的影響，盡可能考慮節(jié)理高度發(fā)育、節(jié)理數(shù)量較多對巖體的影響，通過相似材料的相似法則來確定節(jié)理的尺寸和厚度，做成小的柱體的小模型塊，最后膠結(jié)在一起，打磨成一個標(biāo)準(zhǔn)尺寸的實驗試樣。
[0004]申請?zhí)枮?013101245872的中國發(fā)明專利，公開的是一種柱狀節(jié)理面的剪切方法，該方法只是分析柱狀節(jié)理面的剪切節(jié)理面的力學(xué)特性，沒有深入分析柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性。申請?zhí)枮?014102608609的中國專利，公開的是一種頁巖人造巖芯的制備方法，只是一種生成考慮有大尺度的縱向節(jié)理的頁巖體的力學(xué)特性的巖芯試樣方法，不能用來考慮分析豎向的柱狀節(jié)理巖芯的力學(xué)特性。肖維民的論文《單軸壓縮條件下柱狀節(jié)理巖體變形和強(qiáng)度各向異性模型試驗研究》中是分析了柱狀節(jié)理巖體相似材料的模型試驗，但是這個模型試驗研究中采用大尺寸的柱體，只有少量的柱狀節(jié)理網(wǎng)格，沒能克服邊界效應(yīng)，不能有效反映柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性，而且只能在單軸儀分析柱狀節(jié)理巖體的抗壓強(qiáng)度，由于做的試樣尺寸較大不能利用三軸儀來分析柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性，同時不能分析不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性。
[0005]由此，根據(jù)實際工程的需要做的模型試驗需要一種不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)格模型試驗試樣的制備方法，以克服現(xiàn)有柱狀節(jié)理模型試驗試樣生成的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為了克服已有柱狀節(jié)理模型生成的不足，本發(fā)明提供了一種不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)格模型巖芯試樣的制備方法和應(yīng)用，該方法可以得到具有不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)格的Φ 50mm*Φ 10mm巖芯試樣或者50cm3立方體試樣,可以用來生成不同形狀的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)、不同節(jié)理厚度、不同節(jié)理強(qiáng)度的柱狀節(jié)理水泥試樣，能夠相對準(zhǔn)確的模擬出不同的柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性，為實際的工程問題提供一個相對精準(zhǔn)的實驗結(jié)果，為工程的設(shè)計、建設(shè)、運營提供一個參考。
[0007]技術(shù)方案:為了實現(xiàn)以上的技術(shù)目標(biāo)，采用下述的技術(shù)方案:一種不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型巖芯試樣的制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)利用程序生成VOTonoi圖形進(jìn)而生成3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀；voronoi又叫泰森多邊形,它是由一組由連接兩鄰點直線的垂直平分線組成的連續(xù)多邊形組成。N個在平面上有區(qū)別的點，按照最鄰近原則劃分平面；每個點與它的最近鄰區(qū)域相關(guān)聯(lián)。特性是:
[0009](11)每個泰森多邊形內(nèi)僅含有一個離散點數(shù)據(jù)；
[0010](12)泰森多邊形內(nèi)的點到相應(yīng)離散點的距離最近；
[0011](13)位于泰森多邊形邊上的點到其兩邊的離散點的距離相等；
[0012](2)用不同厚度的有機(jī)玻璃模擬節(jié)理的尺寸建立步驟I)中的不同柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)；利用有機(jī)玻璃塊拼接并膠結(jié)起來形成由voronoi生成的3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)，用不同厚度的有機(jī)玻璃來模擬節(jié)理的尺寸大??；
[0013](3)用不同填充材料充填柱體的節(jié)理來模擬不同節(jié)理間的強(qiáng)度；利用不同材料的膠結(jié)強(qiáng)度將不同柱體膠結(jié)起來，模擬不同柱狀節(jié)理強(qiáng)度；
[0014](4)獲得隨機(jī)不規(guī)則柱狀節(jié)理的人造巖芯試樣。
[0015]其中，上述有機(jī)玻璃米用厚度為1mm、2mm或3mm。
[0016]其中，上述填充材料為石膏、白水泥或AB膠水。
[0017]柱狀節(jié)理構(gòu)造是常見于火山熔巖中的一種呈規(guī)則或者不規(guī)則柱狀形態(tài)的原生張性破裂構(gòu)造，多見于玄武巖中，柱狀節(jié)理巖體通常呈四邊體、五邊體、六邊體，通常是相互嵌合在一起，呈現(xiàn)不規(guī)則的柱狀柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)狀的巖體，故用voroni來模擬生成隨機(jī)節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀，從而生成不規(guī)則的柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)狀巖體。
[0018]柱狀節(jié)理巖體的節(jié)理都具有一定的尺寸，尺寸的大小變化直接改變了節(jié)理強(qiáng)度，通過用不同厚度的有機(jī)玻璃來模擬節(jié)理的真實厚度情況，將這個特定厚度的有機(jī)玻璃塊按照I生成的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀順序膠結(jié)，形成有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)，從而分析不同節(jié)理厚度變化情況下的柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性。
[0019]在實際巖體中節(jié)理間不是完全裂隙，是由一些松散的碎屑物填充，節(jié)理間具有一定的強(qiáng)度，節(jié)理強(qiáng)度由于節(jié)理間的充填物的膠結(jié)強(qiáng)度的改變而改變，通過用不同充填材料填充節(jié)理來模擬實際工程中的節(jié)理強(qiáng)度，從而分析由節(jié)理間不同充填物而節(jié)理強(qiáng)度變化情況下的柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性。
[0020]上述的制備方法，具體包括以下步驟:
[0021]I)通過控制voronoi生成過程中多邊形半徑大小和形狀生成不規(guī)則voronoi圖形，將VOTonoi圖形拓展生成3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)；所述的VOTonoi圖是計算幾何中的一個基本概念，采用程序編制算法生成的用voronoi圖來模擬柱狀節(jié)理，是因為火山巖漿冷凝收縮時產(chǎn)生的柱狀節(jié)理與voronoi圖的生成方式具有邏輯上的一致性；
[0022]2)利用有機(jī)玻璃塊膠結(jié)起來模擬形成步驟I)中的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò):由步驟I)中生成的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀大小按照等比例來獲得有機(jī)玻璃塊的尺寸，通過切割大塊的有機(jī)玻璃獲得固定尺寸的有機(jī)玻璃塊，按照步驟I)中的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)拼接有機(jī)玻璃塊，從而有機(jī)玻璃塊膠結(jié)在一起形成有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)；
[0023]3)將已涂了脫模劑的U型槽里面倒入已攪拌好的模型材料；針對不同的實驗方案，可以采用不同的模型材料，如符合摩爾庫倫定理的脆性摩擦材料:水泥砂漿、石膏等；
[0024]4)將步驟2)形成的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)抹一層脫模劑放入步驟3)中裝滿模型材料的U型槽；
[0025]5)將步驟4)得到的U型槽放置到恒溫養(yǎng)護(hù)室中放置6-8小時，視模型材料膠結(jié)程度而定，當(dāng)在易拔出有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)和不破壞模型材料膠結(jié)的程度的放置時間最為適宜；
[0026]6)將步驟5)得到的U型槽從恒溫養(yǎng)護(hù)室中取出來，然后將U型槽槽中的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)拔出來，然后再將U型槽放置到恒溫養(yǎng)護(hù)室中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)24-36小時；
[0027]7)將步驟6)得到的U型槽從恒溫養(yǎng)護(hù)室中取出來，將填充材料倒入填充由有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)拔出來所形成的U型槽的柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)，然后將其放置到通風(fēng)處中自然養(yǎng)護(hù)10-15 天;
[0028]8)將步驟7)得到的U型槽拆卸下來，從而獲得一個不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)的柱狀節(jié)理試塊；
[0029]9)將步驟8)中獲得的柱狀節(jié)理試塊經(jīng)過切割和打磨成標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)柱狀巖芯試樣。
[0030]其中，上述U型槽為可拆卸的U型槽，長和寬都是70臟，高度是150臟，厚度為20mmo
[0031]其中，上述步驟4)中的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)距離U型槽底部有5mm-10mm且相應(yīng)高出U型槽口 5mm-10mm。這樣的做法有兩點:令其高出槽口的原因是為了更容易把有機(jī)玻璃塊從模型里面撥出來；令其不深入到槽底部的原因是為了在將底部的5mm-10mm厚度的模型材料膠結(jié)在一起，在將有機(jī)玻璃塊從模型里面拔出來后能夠自立，而不是獨立的柱體在一起，這樣有利于后面的倒入填充材料。
[0032]上述步驟9)中標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)柱狀巖芯試樣尺寸為邊長為50mm的立方體模型，或進(jìn)一步通過切割打磨成標(biāo)準(zhǔn)圓柱樣尺寸Φ50ι?πι*Φ 100mm。
[0033]上述的不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)柱狀巖芯試樣在不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)分析方面的應(yīng)用。
[0034]有益效果:本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有下列優(yōu)點和效果:本發(fā)明中制備的不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)模型巖芯試樣適合用于模擬具有不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體，利用不同的柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀、不同有機(jī)玻璃厚度、不同填充材料來模擬不同的柱狀節(jié)理網(wǎng)絡(luò)形狀、不同節(jié)理厚度、不同節(jié)理強(qiáng)度的巖體，本方法適用于利用Φ50ι?πι*Φ 10mm和50mm3標(biāo)準(zhǔn)試樣研究柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性，用于分析不同節(jié)理網(wǎng)絡(luò)對柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性的影響，用于分析不同節(jié)理厚度對柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性的影響，用于分析不同節(jié)理強(qiáng)度對柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性的影響。本發(fā)明利用該方法得到的試樣可以用來研究形狀不規(guī)則的柱狀節(jié)理、節(jié)理尺寸變化、節(jié)理強(qiáng)度變化的人造柱狀節(jié)理模型試驗試樣，能夠用來相對準(zhǔn)確的模擬出節(jié)理裂隙變化、節(jié)理尺寸變化和節(jié)理強(qiáng)度變化的柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性、滲流特性、流變特性，是一種有效的不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型巖芯試樣的制備方法，所用的材料簡單、成本低廉、操作簡單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為按照本發(fā)明中利用voronoi生成的隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)圖；
[0036]圖2為按照本發(fā)明中根據(jù)圖1形狀生成由有機(jī)玻璃塊組成的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)圖；a為有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)俯視圖；b為有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)側(cè)視圖；
[0037]圖3為按照本發(fā)明中不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型試樣的制備方法中需要的對稱可拆卸合并的U型槽；a為單個半U型槽；b為整個U型槽；
[0038]圖4為按照本發(fā)明中有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)放置在U型槽中的俯視圖；
[0039]圖5為按照本發(fā)明中在第一次養(yǎng)護(hù)過程中有模型材料的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)槽；
[0040]圖6為按照本發(fā)明中的方法獲得的50mm3立方體試樣；
[0041]圖7為按照本發(fā)明中的方法獲得的Φ 50mm*Φ 10mm圓柱試樣。

【具體實施方式】
[0042]為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合具體圖片和實施例對本發(fā)明作更為詳細(xì)的描述，實施例只對本發(fā)明具體示范解釋作用，而不具有任何限制性的作用；任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上作出的非實質(zhì)性修改，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0043]實施例1
[0044]一種不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型巖芯試樣的制備方法，包括以下步驟:
[0045](I)通過控制voronoi生成過程中多邊形半徑大小和形狀生成不規(guī)則voronoi圖形，這個形狀是邊長為70mm的正四邊形,如圖1,將voronoi圖形拓展生成高度為150mm的3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)，如圖2。
[0046](2)利用有機(jī)玻璃塊膠結(jié)起來形成步驟(I)中的3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)。由步驟(I)中生成的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀大小按照等比例來獲得有機(jī)玻璃塊的尺寸，通過切割大塊的有機(jī)玻璃獲得固定尺寸的有機(jī)玻璃塊，其中這個有機(jī)玻璃塊的高度是150mm，厚度為1_，按照步驟(I)中的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)拼接有機(jī)玻璃塊，從而將有機(jī)玻璃塊膠結(jié)在一起形成節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)，從而獲得有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。
[0047](3)將一個特制的可拆卸的固定尺寸的已涂了脫模劑的U型槽里面倒入已攪拌好的模型材料，本實施例中采用的模型材料為水泥:砂:水=2:1:1，其中砂的粒徑為小于Imm, U型槽的長和寬都是70mm，高度是150mm，厚度是20mm，是一副對稱兩半個槽組成，在槽的內(nèi)腔和半槽的連接處都涂上脫模劑，如圖3。
[0048](4)將已經(jīng)膠結(jié)在一起的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)抹一層脫模劑，放到步驟(3)中裝滿模型材料的U型槽，其中有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)距離U型槽底部留有1mm且高出U型槽口 10mm，如
圖5。
[0049](5)將步驟(4)中的U型槽放置到恒溫養(yǎng)護(hù)室中放置8個小時。這個時間節(jié)點剛好在模型材料強(qiáng)度只是一般時，有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)比較容易垂直拔出來同時沒有損壞中間的模型材料。
[0050](6)將步驟(5)中的U型槽從養(yǎng)護(hù)室中取出來，然后將槽中的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)拔出來，然后再放置到恒溫養(yǎng)護(hù)室中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)24小時。
[0051](7)將步驟(6)中的U型槽從養(yǎng)護(hù)室中取出來，將水灰比為2:1的已經(jīng)攪拌的白水泥(填充材料)倒入填充由有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)拔出來所形成的柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)中，然后將其放置到通風(fēng)處中自然養(yǎng)護(hù)10天。
[0052](8)將步驟(7)中的U型槽拆卸下來，從而獲得一個不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)的柱狀節(jié)理試塊。
[0053](9)將步驟(8)中獲得的柱狀節(jié)理試將其切割成50mm3的標(biāo)準(zhǔn)立方體試樣，如圖6，或者進(jìn)一步打磨成標(biāo)準(zhǔn)試樣Φ 50mm* Φ 100mm,如圖7。
[0054]利用本實施例中生成節(jié)理厚度為Imm的不規(guī)則隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型標(biāo)準(zhǔn)試樣，節(jié)理的填充物為白水泥。所得到的模型標(biāo)準(zhǔn)試樣可以用來模擬白鶴灘現(xiàn)場的不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體，通過巖石單軸壓力機(jī)、巖石三軸試驗機(jī)研究不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性。
[0055]實施例2
[0056]一種不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型巖芯試樣的制備方法，包括以下步驟:
[0057](I)通過控制voronoi生成過程中多邊形半徑大小和形狀生成不規(guī)則voronoi圖形，這個形狀是邊長為70mm的正四邊形,如圖1,將voronoi圖形拓展生成高度為150mm的3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)，如圖2。
[0058](2)利用有機(jī)玻璃塊膠結(jié)起來形成步驟⑴中的3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)。由步驟(I)中生成的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀大小按照等比例來獲得有機(jī)玻璃塊的尺寸，通過切割大塊的有機(jī)玻璃獲得固定尺寸的有機(jī)玻璃塊，其中這個有機(jī)玻璃塊的高度是150mm，厚度為2_，按照步驟(I)中的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)拼接有機(jī)玻璃塊，從而將有機(jī)玻璃塊膠結(jié)在一起形成節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)，從而獲得有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。
[0059](3)將一個特制的可拆卸的固定尺寸的已涂了脫模劑的U型槽里面倒入已攪拌好的模型材料，本實施例中采用的模型材料為水泥:砂:水=2:1:1，其中砂的粒徑為小于Imm, U型槽的長和寬都是70mm，高度是150mm，厚度是20mm，是一副對稱兩半個槽組成，在槽的內(nèi)腔和半槽的連接處都涂上脫模劑，如圖3所示。
[0060](4)將已經(jīng)膠結(jié)在一起的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)抹一層脫模劑，放到步驟(3)中裝滿模型材料的U型槽，其中有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)距離U型槽底部留有7mm且高出U型槽口 7mm，如圖5。
[0061](5)將步驟(4)中的U型槽放置到恒溫養(yǎng)護(hù)室中放置6個小時。這個時間節(jié)點剛好在模型材料強(qiáng)度只是一般時，有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)比較容易垂直拔出來同時沒有損壞中間的模型材料。
[0062](6)將步驟(5)中的U型槽從養(yǎng)護(hù)室中取出來，然后將槽中的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)拔出來，然后再放置到恒溫養(yǎng)護(hù)室中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)36小時。
[0063](7)將步驟(6)中的U型槽從養(yǎng)護(hù)室中取出來，將水灰比為2:1的已經(jīng)攪拌的石膏(填充材料)倒入填充由有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)拔出來所形成的柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)，然后將其放置到通風(fēng)處中自然養(yǎng)護(hù)15天。
[0064](8)將步驟(7)中的U型槽拆卸下來，從而獲得一個不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)的柱狀節(jié)理試塊。
[0065](9)將步驟(8)中獲得的柱狀節(jié)理試將其切割成50mm3的標(biāo)準(zhǔn)立方體試樣，如圖6，或者進(jìn)一步打磨成標(biāo)準(zhǔn)試樣Φ 50mm* Φ 100mm,如圖7。
[0066]利用本實施例中生成節(jié)理厚度為2mm的不規(guī)則隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型標(biāo)準(zhǔn)試樣，節(jié)理的填充物為石膏。所得到的模型標(biāo)準(zhǔn)試樣可以用來模擬白鶴灘現(xiàn)場的不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體，通過巖石單軸壓力機(jī)、巖石三軸試驗機(jī)研究不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性。
[0067]實施例3
[0068]一種不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型巖芯試樣的制備方法，包括以下步驟:
[0069](I)通過控制voronoi生成過程中多邊形半徑大小和形狀生成不規(guī)則voronoi圖形，這個形狀是邊長為70mm的正四邊形,如圖1,將voronoi圖形拓展生成高度為150mm的3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)，如圖2。
[0070](2)利用有機(jī)玻璃塊膠結(jié)起來形成步驟⑴中的3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)。由步驟(I)中生成的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀大小按照等比例來獲得有機(jī)玻璃塊的尺寸，通過切割大塊的有機(jī)玻璃獲得固定尺寸的有機(jī)玻璃塊，其中這個有機(jī)玻璃塊的高度是150mm，厚度為3_，按照步驟(I)中的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)拼接有機(jī)玻璃塊，從而將有機(jī)玻璃塊膠結(jié)在一起形成節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)，從而獲得有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。
[0071](3)將一個特制的可拆卸的固定尺寸的已涂了脫模劑的U型槽里面倒入已攪拌好的模型材料，本實施例中采用的模型材料為水泥:砂:水=2:1:1，其中砂的粒徑為小于Imm, U型槽的長和寬都是70mm，高度是150mm，厚度是20mm，是一副對稱兩半個槽組成，在槽的內(nèi)腔和半槽的連接處都涂上脫模劑，如圖3。
[0072](4)將已經(jīng)膠結(jié)在一起的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)抹一層脫模劑，放到步驟(3)中裝滿材料材料的U型槽，其中有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)距離U型槽底部留有5mm且高出U型槽口 5mm，如圖5。
[0073](5)將步驟(4)中的U型槽放置到恒溫養(yǎng)護(hù)室中放置9個小時。這個時間節(jié)點剛好在模型材料強(qiáng)度只是一般時，有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)比較容易垂直拔出來同時沒有損壞中間的模型材料。
[0074](6)將步驟(5)中的U型槽從養(yǎng)護(hù)室中取出來，然后將槽中的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)拔出來，然后再放置到恒溫養(yǎng)護(hù)室中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)30小時。
[0075](7)將步驟(6)中的U型槽從養(yǎng)護(hù)室中取出來，將已經(jīng)加有機(jī)溶劑稀釋的AB膠水(填充材料)倒入填充由有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)拔出來所形成的柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)，然后將其放置到通風(fēng)處中自然養(yǎng)護(hù)13天。
[0076](8)將步驟(7)中的U型槽拆卸下來，從而獲得一個不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)的柱狀節(jié)理試塊。
[0077](9)將步驟⑶中獲得的柱狀節(jié)理試將其切割成50mm3的標(biāo)準(zhǔn)立方體試樣，如圖6，或者進(jìn)一步打磨成標(biāo)準(zhǔn)試樣Φ 50mm* Φ 10mm,如圖7。
[0078]利用本實施例中生成節(jié)理厚度為3mm的不規(guī)則隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型標(biāo)準(zhǔn)試樣，節(jié)理的填充物為AB膠水。所得到的模型標(biāo)準(zhǔn)試樣可以用來模擬白鶴灘現(xiàn)場的不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體，通過巖石單軸壓力機(jī)、巖石三軸試驗機(jī)研究不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性。
[0079]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模型巖芯試樣的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)利用程序算法生成voronoi圖進(jìn)而生成3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀； (2)用不同厚度的有機(jī)玻璃模擬節(jié)理的尺寸建立步驟(I)中的不同柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)； (3)用不同填充材料充填柱體的節(jié)理來模擬不同節(jié)理間的強(qiáng)度； (4)獲得隨機(jī)不規(guī)則柱狀節(jié)理的人造巖芯試樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)玻璃采用厚度為或3mm ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述填充材料為石膏、白水泥或AB膠水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 1)通過控制voronoi生成過程中多邊形半徑大小和形狀生成不規(guī)則voronoi圖形,將voronoi圖形拓展生成3D隨機(jī)柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)； 2)利用有機(jī)玻璃塊膠結(jié)起來模擬形成步驟I)中的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò):由步驟I)中生成的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)形狀大小按照等比例來獲得有機(jī)玻璃塊的尺寸，通過切割大塊的有機(jī)玻璃獲得固定尺寸的有機(jī)玻璃塊，按照步驟I)中的節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)拼接有機(jī)玻璃塊，從而有機(jī)玻璃塊膠結(jié)在一起形成有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)； 3)將已涂了脫模劑的U型槽里面倒入已攪拌好的模型材料； 4)將步驟2)形成的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)抹一層脫模劑放入步驟3)中裝滿模型材料的U型槽； 5)將步驟4)得到的U型槽放置到恒溫養(yǎng)護(hù)室中放置6-8小時，視模型材料膠結(jié)程度而定，當(dāng)在易拔出有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)和不破壞模型材料膠結(jié)的程度的放置時間最為適宜； 6)將步驟5)得到的U型槽從恒溫養(yǎng)護(hù)室中取出來，然后將U型槽槽中的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)拔出來，然后將U型槽再放置到恒溫養(yǎng)護(hù)室中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)24-36小時； 7)將步驟6)得到的U型槽從恒溫養(yǎng)護(hù)室中取出來，將填充材料倒入填充由有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)拔出來所形成的U型槽的柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)中，然后將U型槽放置到通風(fēng)處中自然養(yǎng)護(hù)10-15天； 8)將步驟7)得到的U型槽拆卸下來，從而獲得一個不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)的柱狀節(jié)理試塊； 9)將步驟8)獲得的柱狀節(jié)理試塊經(jīng)過切割和打磨成標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)柱狀巖芯試樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述U型槽為可拆卸的U型槽，長和寬都是70mm，高度是150mm，厚度為20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中的有機(jī)玻璃塊網(wǎng)絡(luò)距離U型槽底部有5mm-10mm且相應(yīng)高出U型槽口 5mm-10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟9)中標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)柱狀巖芯試樣尺寸為邊長為50mm的立方體模型，或進(jìn)一步通過切割打磨成標(biāo)準(zhǔn)圓柱樣尺寸Φ50ι?πι*Φ 100mm。
8.權(quán)利要求1?7任一項所述的制備方法制備得到的不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)柱狀巖芯試樣。
9.權(quán)利要求8所述的不規(guī)則柱狀節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)柱狀巖芯試樣在不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)分析方面的應(yīng)用。
【文檔編號】G01N33/24GK104374619SQ201410564386
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】徐衛(wèi)亞, 林志南, 吉華, 王如賓, 閆龍, 冉少鵬, 曹亞軍 申請人:河海大學(xué)