巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)?zāi)M材料，具體為巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)面力學(xué)模型試驗(yàn)是研宄巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)特征和剪切破壞機(jī)制的重要手段。為了能夠獲取試驗(yàn)樣品，需要人工制作與原巖結(jié)構(gòu)面具有相似物理力學(xué)性質(zhì)，形似表面形態(tài)的模型，這樣就可以對結(jié)構(gòu)面進(jìn)行重復(fù)的直剪試驗(yàn)，獲取可靠的結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)。
[0003]為滿足以上迫切的工程需求，必須要求制作的物理力學(xué)模型的參數(shù)與原巖盡可能接近，其中有兩個方面尤為重要，一是模型材料的力學(xué)參數(shù)，二是結(jié)構(gòu)面的精確表面形態(tài)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)鐵粉、重晶石粉為骨料、鐵粉或者鐵粉與重晶石粉、黏結(jié)劑、石膏制的巖石結(jié)構(gòu)面模型材料，抗壓強(qiáng)度分布在0.26?3.735MPa之間。不能覆蓋中等及30MPa以上的硬巖，例如砂巖、灰?guī)r、花崗巖，不能滿足絕大多數(shù)巖體結(jié)構(gòu)面的物理試驗(yàn)?zāi)M，這限制了物理模擬試驗(yàn)的開展，不利于對結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)機(jī)制及特征的研宄。
[0005]現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)面模型制作方法，主要是將原巖結(jié)構(gòu)面鑿平，并作表面清潔處理，在上表面繪制1cmX 1cm的方格網(wǎng)。然后，根據(jù)結(jié)構(gòu)面模型的制作尺寸，在確定的具體位置上涂脫模劑，鋪設(shè)隔離膜。巖石結(jié)構(gòu)面模型材料攪拌均勻，倒入下盤模具內(nèi)，利用平板振動器和振動棒振搗均勻，并使底部隔離膜不發(fā)生褶皺。澆筑完畢后抹平上表面，并使試樣的上表面保持水平。試樣保持水平后，把下盤結(jié)構(gòu)面試樣連同下盤模具一起翻轉(zhuǎn)，清除隔離膜并清潔下盤模型結(jié)構(gòu)面表面。在制得的下盤結(jié)構(gòu)面試樣表面上涂刷脫模劑，并鋪設(shè)隔離膜，然后將上盤模具對中放在下盤模具上，在上盤模具的內(nèi)側(cè)壁涂刷脫模劑，最后調(diào)平上盤模具；再次將攪拌均勻的混合料倒入上盤模具內(nèi)，振搗、抹平調(diào)平；對上盤結(jié)構(gòu)面模型進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對上下盤結(jié)構(gòu)面進(jìn)行脫模處理，并繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，即可制得與原巖結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)一致，且上、下盤吻合度高的模型結(jié)構(gòu)面。
[0006]結(jié)構(gòu)面模型制作方法復(fù)雜，操作要非常仔細(xì)，而且易于出現(xiàn)失敗，混合巖石結(jié)構(gòu)面模型材料在澆筑過程中不允許隔離膜產(chǎn)生褶皺及破裂，薄膜褶皺會導(dǎo)致模型結(jié)構(gòu)面起伏度的改變，薄膜破裂會使混合料拌合物粘在巖石結(jié)構(gòu)面上，破壞原巖結(jié)構(gòu)面。因此，澆筑過程中需要采用分層澆筑，底部混合料采用平板振動器輕微振搗，而上部混合料則采用振動棒振動均勻。采用該種方法要保證隔離膜不產(chǎn)生褶皺和破裂是異常困難的，因?yàn)榛旌狭习韬衔锩芏容^大，且表面很粗糙，很容易使隔離膜受摩擦而破裂。更重要的一點(diǎn)是，采用隔離膜會由于隔離膜在巖石結(jié)構(gòu)面上的展布，產(chǎn)生拉張支撐作用，從而使水泥砂漿很難填充結(jié)構(gòu)面表面的細(xì)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致形態(tài)無法被完整塑造，從而改變了結(jié)構(gòu)面的實(shí)際表面形態(tài)，造成模擬結(jié)構(gòu)面的形態(tài)失真，并且使結(jié)構(gòu)面上下盤的咬合度下降，影響試驗(yàn)參數(shù)的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新型巖石模擬材料的配制方案，解決目前模擬材料無法滿足高強(qiáng)度巖石結(jié)構(gòu)面，并在此基礎(chǔ)上，對真實(shí)硬性結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)進(jìn)行細(xì)觀的、精確的表達(dá)，以此達(dá)到巖體硬性結(jié)構(gòu)面“三維重繪”的目的。具體的技術(shù)方案為:
[0008]巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，由以下原料組成，按照重量份數(shù)，水泥30份，砂40份，水10份，3mm?6mm碎石10.2份，減水劑O?0.4份，復(fù)合早強(qiáng)劑0.6份，微娃粉O?4份，綠碳化娃微粉O?9份。
[0009]其中砂為中細(xì)砂和粗砂組成，重量比例為1:1。
[0010]水泥為42.5R普通水泥，作為膠凝集料及骨料；中細(xì)砂和粗砂，結(jié)合使用作為集料，可以增強(qiáng)材料的強(qiáng)度，降低脆性；細(xì)骨料3-6_碎石可以增強(qiáng)材料制成的試件強(qiáng)度；復(fù)合早強(qiáng)劑縮短養(yǎng)護(hù)時間，綠色碳化硅、微硅粉、減水劑的助劑使用，主要是為了增強(qiáng)材料強(qiáng)度。
[0011]在保持水泥、中砂、水、碎石的比例不變條件下，調(diào)整部分助劑，可以得到不同強(qiáng)度的材料:
[0012]僅使用水泥、中砂、水、碎石制成的巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，可滿足30MPa?45MPa的中等強(qiáng)度巖石；
[0013]當(dāng)微硅粉< 2.5份，減水劑< 0.2份，綠碳化硅微粉< 5份時，材料抗壓強(qiáng)度達(dá)到45MP，適合模擬較堅(jiān)硬的巖石。
[0014]當(dāng)4份彡微硅粉彡2.5份，0.4份彡減水劑彡0.2份，9份彡綠碳化硅微粉彡5份時，材料抗壓強(qiáng)度達(dá)到60MPa，適合模擬堅(jiān)硬巖石。
[0015]巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料的使用方法為:
[0016](I)獲取巖芯硬性結(jié)構(gòu)面，清洗結(jié)構(gòu)面表面，去除污物，編號，標(biāo)注信息；
[0017](2)在結(jié)構(gòu)面表面均勻涂上脫模劑；
[0018](3)在結(jié)構(gòu)面外圍安裝防護(hù)板制成結(jié)構(gòu)面模具澆注臺，防止?jié)仓炓缌鳎?br>[0019](4)將充分融化的石蠟緩慢澆筑在結(jié)構(gòu)面模具澆注臺中，待10?15分鐘石蠟冷卻后脫模，獲取石蠟結(jié)構(gòu)面模具；
[0020](5)以石蠟結(jié)構(gòu)面模具為底模，在石蠟結(jié)構(gòu)面模具表面涂上脫模劑，安裝外框；[0021 ] (6)配制好的巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，攪拌好澆筑在框內(nèi)，攪拌并振動；
[0022](7)澆筑完成后，靜置24小時后拆模，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，得到結(jié)構(gòu)面模型。
[0023]在物理模擬中，必須遵循材料的關(guān)鍵指標(biāo)相似的原理，因此相似材料必須能在強(qiáng)度上達(dá)到要求。另外，材料的三維形貌也必須相似。也就是說對結(jié)構(gòu)面表面微小的凸起，下凹，起伏等用物理模擬的方法盡量精確地表達(dá)出來，并使用模型的細(xì)觀化起伏來加以體現(xiàn)。
[0024]本發(fā)明提供的巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，材料強(qiáng)度調(diào)整范圍大，最大抗壓強(qiáng)度可達(dá)108.14MPa，適當(dāng)調(diào)整原材料摻量可以獲取不同強(qiáng)度的模擬材料，可以覆蓋中等以下強(qiáng)度、中等強(qiáng)度及中等以上強(qiáng)度部分巖體硬性結(jié)構(gòu)面模擬試驗(yàn)的需要。該材料具有制作方法簡單，原材料易得，價格便宜，物理力學(xué)性質(zhì)特征與原巖協(xié)調(diào)性好等優(yōu)點(diǎn)。利用該巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料制作模型，利用石蠟易于加熱為液體，可以很好地“讀取”硬性結(jié)構(gòu)面的微小凸起、下凹等起伏形態(tài)信息，對結(jié)構(gòu)面進(jìn)行細(xì)觀的、精確的模擬，真實(shí)還原結(jié)構(gòu)面的完整形態(tài)，而且由于石蠟的密度較小，原巖結(jié)構(gòu)面不會受到任何的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0025]結(jié)合實(shí)施例說明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】。
[0026]實(shí)施例1
[0027]巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，由以下原料組成，按照重量份數(shù)，水泥30份，砂40份，水10份，3_?6_碎石10.2份，復(fù)合早強(qiáng)劑0.6份。
[0028]其中砂為中細(xì)砂和粗砂組成，重量比例為1:1。
[0029]所制得的材料測試，抗壓強(qiáng)度為41MPa，可以用于模擬中等強(qiáng)度巖石。
[0030]實(shí)施例2
[0031]巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，由以下原料組成，
[0032]按照重量份數(shù)，水泥30份，砂40份，水10份，3mm?6mm碎石10.2份，減水劑0.4份，復(fù)合早強(qiáng)劑0.6份，微硅粉2.8份，綠碳化硅微粉6份。
[0033]其中砂為中細(xì)砂和粗砂組成，重量比例為1:1。
[0034]所制得的材料測試，強(qiáng)度為64MPa，可以用于模擬堅(jiān)硬巖石。
[0035]實(shí)施例3
[0036]按照重量份數(shù)，水泥30份，砂40份，水10份，3mm?6mm碎石10.2份，減水劑0.1份，復(fù)合早強(qiáng)劑0.6份，微硅粉2份，綠碳化硅微粉3份。
[0037]其中砂為中細(xì)砂和粗砂組成，重量比例為1:1。
[0038]所制得的材料測試，強(qiáng)度為48MPa，可以用于模擬較堅(jiān)硬的巖石。
[0039]實(shí)施例4
[0040]巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，由以下原料組成，
[0041 ] 按照重量份數(shù)，水泥30份，砂40份，水10份，3mm?6mm碎石10.2份，減水劑0.4份，復(fù)合早強(qiáng)劑0.6份，微硅粉4份，綠碳化硅微粉9份。
[0042]其中砂為中細(xì)砂和粗砂組成，重量比例為1:1。
[0043]所制得的材料測試，強(qiáng)度為86MPa，可以用于模擬堅(jiān)硬的巖石。
[0044]實(shí)施例5
[0045]利用以上實(shí)施例所制得的材料進(jìn)行制作結(jié)構(gòu)面模型。以巖芯結(jié)構(gòu)面的制作為例。
[0046](I)獲取巖芯結(jié)構(gòu)面，為硬性結(jié)構(gòu)面并清洗結(jié)構(gòu)面表面，去除污物，編號，標(biāo)注尺寸、上下盤等信息。
[0047](2)在結(jié)構(gòu)面表面涂上脫模劑，即潤滑油，用紙巾擦去表面過量的油，確保油膜均勻，保證制作結(jié)構(gòu)面模具成型完整。
[0048](3)在結(jié)構(gòu)面外圍安裝不透水薄紙板，用膠帶封閉紙板與結(jié)構(gòu)面之間的縫隙，防止?jié)仓炦^程中石蠟從間隙中流失。
[0049](4)加熱石蠟讓其充分融化，將充分融化的石蠟緩慢澆筑在上一步制作好的結(jié)構(gòu)面模具澆注臺中，待10?15分鐘石蠟冷卻后脫模，獲取石蠟結(jié)構(gòu)面模具。
[0050](5)以上一步制作好的石蠟結(jié)構(gòu)面模具為底模，在其表面涂上脫模劑，安裝外框。[0051 ] (6)采用實(shí)施例2配制好的混凝土材料，攪拌好澆筑在框內(nèi)，輕輕攪拌并振動。澆筑完成后，靜置24小時后拆模獲取結(jié)構(gòu)面模型，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到預(yù)定時間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，其特征在于:由以下原料組成，按照重量份數(shù)，水泥30份，砂40份，水10份，3mm?6mm碎石10.2份，減水劑O?0.4份，復(fù)合早強(qiáng)劑0.6份，微娃粉O?4份，綠碳化娃微粉O?9份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，其特征在于:其中砂為中細(xì)砂和粗砂組成，重量比例為1:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，其特征在于，巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料的使用方法為: (1)獲取巖芯硬性結(jié)構(gòu)面，清洗結(jié)構(gòu)面表面，去除污物，編號，標(biāo)注信息； (2)在結(jié)構(gòu)面表面均勻涂上脫模劑； (3)在結(jié)構(gòu)面外圍安裝防護(hù)板制成結(jié)構(gòu)面模具澆注臺，防止?jié)仓炓缌鳎? (4)將充分融化的石蠟緩慢澆筑在結(jié)構(gòu)面模具澆注臺中，待10?15分鐘石蠟冷卻后脫模，獲取石蠟結(jié)構(gòu)面模具； (5)以石蠟結(jié)構(gòu)面模具為底模，在石蠟結(jié)構(gòu)面模具表面涂上脫模劑，安裝外框； (6)配制好的巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，攪拌好澆筑在框內(nèi)，攪拌并振動； (7)澆筑完成后，靜置24小時后拆模，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，得到結(jié)構(gòu)面模型。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)?zāi)M材料，具體為巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，由水泥、砂、水、3mm～6mm碎石、減水劑、復(fù)合早強(qiáng)劑、微硅粉、綠碳化硅微粉制成。以石蠟在巖芯硬性結(jié)構(gòu)面上制得石蠟結(jié)構(gòu)面模具，然后用巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料澆注得到巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型。發(fā)明提供的巖石硬性結(jié)構(gòu)面模型材料，材料強(qiáng)度調(diào)整范圍大，可以覆蓋中等以下強(qiáng)度、中等強(qiáng)度及中等以上強(qiáng)度部分巖體硬性結(jié)構(gòu)面模擬試驗(yàn)的需要。利用該材料制作模型，利用石蠟易于加熱為液體，可以很好地“讀取”硬性結(jié)構(gòu)面的微小凸起、下凹等起伏形態(tài)信息，對結(jié)構(gòu)面進(jìn)行細(xì)觀的、精確的模擬，真實(shí)還原結(jié)構(gòu)面的完整形態(tài)。
【IPC分類】G01N1-28, G01N3-24
【公開號】CN104568548
【申請?zhí)枴緾N201510048083
【發(fā)明人】吉鋒, 楊彬, 陳中華
【申請人】成都理工大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月30日