不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法
【专利摘要】本发明公开了一种不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法；针对常规室内渗流测试所需原状岩样多由固定规格钻具钻取，难以根据室内测试目的获取特定规格含有效裂隙的岩样，无法避免单一规格样品尺寸效应引发测试误差的难题。采取的技术方案，包括如下步骤：步骤1、划定考察区域；步骤2、分剪切与张拉两类裂隙；步骤3、标记取样轮廓；步骤4、切割竖向沟槽；步骤5、泡沫薄板置于沟槽轮廓内并预留注胶间隙；步骤6、分层注胶；步骤7、开挖横向沟槽；步骤8、获取不规则原状裂隙岩。优点，本发明取样目的明确，取样目标针对性强。
【专利说明】
不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，是一种获取大尺寸、不规贝1J、未扰动岩样进行室内渗流测试从而定量表征岩质边坡或核废物处置库等重点区域关键地质体水力特征的有效方法。同时也是分类评价各类岩体裂隙固有导水属性，区分不同性质裂隙导水性差异，辨识岩体控水裂隙组的必要前提。本发明适用于岩质边坡或核废物处置库等容易诱发地质灾害或环境污染的重点区域关键导水地质体导水属性定量表征。尤其适用于地质工作者最为关心、包含丰富地质信息的断裂破碎带、节理裂隙密集区内不同性质裂隙导水差异性对比研究，为岩质边坡稳定性分析、污染物迀移预测及地下水环境评估并采取针对性加固治理或预防保护措施提供客观依据。
【背景技术】
[0002]岩质边坡或核废物处置库等地质灾害或环境污染易发区关键地质体导水规律研究是辨别控水裂隙组的首要环节，也是岩质边坡稳定性分析、滑坡灾害及污染物迀移预测并针对性采取加固治理或预防保护措施的客观依据，可见裂隙岩体渗流测试具有重要理论研究价值与迫切工程应用需求。岩质边坡或核废物处置库岩体经构造、风化、卸荷等地质作用后常发育尺寸多样、错落交切的裂隙，天然裂隙因构造应力和外力作用形式的不同而呈现性质各异、产状不一态势，导水特征差异明显。通过原位注胶切割获取地质工作者最为关心、符合考察目的且包含丰富地质信息的岩样进行室内高压渗流测试是获取关键地质体导水特征的可靠方法，也是辨别控水裂隙组的有效手段。然而，常规室内渗流测试所需原状岩样多由固定规格钻具钻取，难以根据室内测试目的获取特定规格含有效裂隙的岩样，无法避免单一规格样品尺寸效应引发的测试误差。本发明突破以往钻孔取样的固有局限，根据室内测试目的自主决定所纳入裂隙数量进而划定样品轮廓及取样尺寸，运用切槽注胶手段获取包含丰富地质信息且受胶体保护的大尺寸不规则原状裂隙岩，实现诱发地质灾害或环境污染控水裂隙组的准确辨别。为岩质边坡稳定性分析、滑坡灾害治理及地下水环境评估提供客观数据，有效促进裂隙岩体渗流研究进一步发展。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:针对现有裂隙岩体渗流特征室内考察所需原状样品多由固定规格钻具钻取，难以依研究所需捕获含特定裂隙的非标试件，无法避免单一规格样品尺寸效应引发测试误差的难题。
[0004]本发明提供一种根据室内考察目的自主决定所纳入裂隙数量进而划定样品轮廓及取样尺寸，运用切槽注胶手段获取特定规格原状岩样的方法。本发明便于获取含有效裂隙、显著削弱尺寸效应的原状裂隙岩，此类岩样有助客观反映裂隙组渗流属性及含裂隙地质体导水规律，是地质工作者最为关心、研究价值较高的室内测试样品。经高压渗流测试可获关键地质体导水参数，准确辨别诱发地质灾害或环境污染的控水裂隙组，为岩质边坡稳定性分析、滑坡灾害治理及地下水环境评估提供客观依据。
[0005]本发明采取的技术方案是:一种不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法:包括如下步骤:
[0006]步骤1、在地质灾害或环境污染易发区选择出露良好的裂隙密集带，划定考察区域范围并清除浅表层风化破碎岩石；
[0007]步骤2、向考察区域深部开挖竖向探槽，暴露错落交切的新鲜待测试目标裂隙，运用构造地质分析将目标裂隙按力学性质分为剪切与张拉两类裂隙；
[0008]步骤3、根据室内渗流测试目的及步骤2裂隙分布与交切形式，确定纳入待取岩样的裂隙数量，划定待取岩样形状、尺寸并标记取样轮廓；
[0009]步骤4、沿步骤3轮廓边缘自上而下切割竖向沟槽并清除槽内碎石，当四周沟槽连通后待取岩样侧面与母岩脱离，仅剩底面与母岩连接；
[0010]步骤5、将尺寸适宜的泡沫薄板制成与步骤4沟槽轮廓相匹配的形状后置于槽内并固定，薄板与待取岩样间预留注胶间隙；
[0011]步骤6、将环氧树脂固化剂逐层注入步骤5的注胶间隙，胶液受重力驱动顺环状封闭空间自由流淌并均匀充填间隙，当前层间隙被充填凝固后重复步骤6直至间隙被胶液填满；
[0012]步骤7、借助步骤2探槽临空面的操作之便，沿步骤4竖向沟槽底端向临空面内侧开挖横向沟槽用于切断待取岩样底面与母岩的连接；
[0013]步骤8、待步骤4竖向沟槽与步骤7横向沟槽切割贯通后岩样与母岩脱离并在侧面胶体保护下被整体取出，获取包含目标裂隙的不规则原状裂隙岩。
[0014]此切槽注胶取样法所用环氧树脂固化剂为828#环氧树脂与300#Y固化剂按体积比
1:0.8混合后经二甲苯稀释所得无色全透明胶液。
[0015]此切槽注胶取样法采用逐层循环叠加方式将环氧树脂固化剂注入步骤5的注胶间隙，每层胶液厚度控制在2-3cm。即前一层厚度为2-3cm的胶液缓慢填充间隙，待其充分散热并均匀凝结后注入下一层胶液，如此循环，直至全部预留间隙被胶液封堵填充。此注胶方式旨在确保胶液凝结所产生热量及时充分散失，呈现无色透明且均匀饱满的胶体凝结状态，有效避免因热量短时急聚而造成气泡堆积、结块肿胀等潜在薄弱层出现，便于达最佳封固效果。
[0016]此切槽注胶取样法采用环氧树脂固化剂进行注胶间隙封堵，旨在发挥其无死角充填、高强柔性防护功效，即凝结前利用胶液受重力驱动在封闭空间内自高势位向低势位流淌的属性达间隙空间无死角充填效果;凝结后利用固态胶体高强度、柔性缓冲特质保护岩样内裂隙免受扰动以获取客观测试结果;另外侧面胶体于岩样四周形成的柔性保护层具有缓冲震荡作用，利于长距离运输中样品的完好保存。
[0017]对切槽注胶取样法的补充，步骤I中考察区域范围为5X5m-10X10m，浅表风化破碎层厚度为10-15cmo
[0018]对切槽注胶取样法的进一步补充，步骤2中竖向探槽长度为100-150cm、宽度为50-100cm、深度为40_80cm。
[0019]对切槽注胶取样法的进一步补充，步骤3中取样轮廓依目标裂隙分布交切形式及样品拟纳入目标裂隙数量而定，可为矩形、圆形、椭圆形、马蹄形或其他不规则形状。
[0020]对切槽注胶取样法的进一步补充，步骤4中竖向沟槽宽度为2-3cm，深度为10-30cmo
[0021 ]对切槽注胶取样法的进一步补充，步骤5中泡沫薄板是厚度为0.5-lcm具有一定支撑刚度的可塑性泡沫薄板，泡沫薄板与待取岩样间预留注胶间隙宽度为1-1.5cm。
[0022]对切槽注胶取样法的进一步补充，步骤6中环氧树脂固化剂为828#环氧树脂与300#Y固化剂按体积比1: 0.8混合后经二甲苯稀释所得无色全透明胶液，分层注入时每层胶液厚度控制在2-3cm0
[0023 ]对切槽注胶取样法的进一步补充，步骤7中横向沟槽宽度为1-2cm。
[0024]对切槽注胶取样法的进一步补充步骤8所获岩样为近似长方体的不规则块体，其等效直径为10-30cm、等效高度为10-40cm;步骤8所获含未经扰动目标裂隙的不规则原状裂隙岩样可用于室内高压渗流测试，定量表征导水地质体水力特性，分类评价天然裂隙渗流属性，辨别诱发地质灾害或环境污染的控水裂隙组，为岩质边坡稳定性分析、滑坡灾害治理及地下水环境评估提供客观依据。
[0025]本发明与现有技术相比:
[0026]1、本发明取样目的明确，取样目标针对性强。首先基于室内考察目的决定拟纳入岩样的裂隙数量，然后根据拟纳入裂隙数量及其分布、交切形式划定样品轮廓与取样尺寸，基此样品测试，效果事半功倍。2、本发明方法突破常规约束，样品克服尺寸效应。本发明摒弃钻具钻取规则岩样的常规套路，针对考察需求自由切取满足测试目标的岩样，此多尺寸、变形态岩样显著消除单一规格样品测试时引发的尺寸效应问题。3、本发明取样设备轻便、操作流程便捷。本发明划定待取样品形态、尺寸后标记取样轮廓，利用小型切割机、扁铲、锹镐、塑料泡沫板等轻便工具便可完成取样工作，避免了常规钻孔取样面临的繁琐操作流程和潜在事故隐患。4、本发明取样周期短暂、取样成本低廉。选定考察区域后开挖探槽暴露目标裂隙，划定取样轮廓切割开挖沟槽后注入固化剂胶液，胶液凝固后切断岩样与底部母岩连接获取样品。取样流程连贯顺畅一气呵成，节省时间成本。另外整个取样过程中仅有固化剂和泡沫挡板等材料消耗，经济成本低廉。5、本发明利用环氧树脂固化剂特有的全方位充填和高强度柔性防护功能保证所取岩样的原始状态及经长距离运输后的完好无损。胶液凝结前充分利用封闭间隙内液体受重力驱动产生全方位流淌、无死角充填效果;胶液凝结后利用固态胶体高强度、柔性缓冲功能保护岩样内裂隙免受扰动，最大程度保留裂隙原始属性进而获取其本质特征。另外，侧面胶体于岩样四周形成的柔性保护层具有震荡缓冲作用，利于长距离运输中保持样品完好无损。6、本发明适用范围广，实用性强。本发明仅需选取岩体出露良好的裂隙密集部位便可切槽注胶获取室内测试所需的原状岩样，适用于多类岩体渗流特征研究。另外，本发明在岩质边坡或核废物处置库等容易诱发地质灾害或环境污染的重点区域关键导水地质体导水属性定量表征方面具有针对性实用效果，可为岩质边坡稳定性分析、污染物迀移预测及地下水环境评估及采取针对性加固治理或预防保护措施提供客观依据。
【附图说明】
[0027]图1是本发明的取样示意框架图。
【具体实施方式】
[0028]为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1和【具体实施方式】做进一步的描述。
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]本发明的一种不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，包括如下步骤:
[0031]步骤1、在地质灾害或环境污染易发区选择出露良好的裂隙密集带，划定考察区域范围并清除浅表层风化破碎岩石;此步骤中考察区域范围为5x5m-10xl0m，浅表风化破碎层厚度为10_15cmo
[0032]步骤2、向考察区域深部开挖竖向探槽，暴露错落交切的新鲜待测试目标裂隙，运用构造地质分析将目标裂隙按力学性质分为剪切与张拉两类裂隙;此步骤中竖向探槽长度为 100-150cm，宽度为 50-100cm，深度为40-80cm。
[0033]步骤3、根据室内渗流测试目的及步骤2裂隙分布与交切形式，确定纳入待取岩样的裂隙数量，划定待取岩样形状、尺寸并标记取样轮廓;此步骤中取样轮廓依目标裂隙分布交切形式及样品拟纳入目标裂隙数量而定，可为矩形、圆形、椭圆形、马蹄形或其他不规则形状。
[0034]步骤4、沿步骤3轮廓边缘自上而下切割竖向沟槽并清除槽内碎石，当四周沟槽连通后待取岩样侧面与母岩脱离，仅剩底面与母岩连接;此步骤中竖向沟槽宽度为2-3cm，深度为 10-30cm。
[0035]步骤5、将尺寸适宜的泡沫薄板制成与步骤4沟槽轮廓相匹配的形状后置于槽内并固定，泡沫薄板与待取岩样间预留注胶间隙;此步骤中泡沫薄板是厚度为0.5-lcm且具备一定支撑刚度的可塑性泡沫薄板，泡沫薄板与待取岩样间预留注胶间隙宽度为1-1.5cm。
[0036]步骤6、将环氧树脂固化剂逐层注入步骤5的注胶间隙，胶液受重力驱动顺环状封闭空间自由流淌并均匀充填间隙，当前层间隙被充填凝固后重复步骤6直至间隙被胶液填满;此步骤中环氧树脂固化剂为828#环氧树脂与300#Y固化剂按体积比1: 0.8混合后经二甲苯稀释所得无色全透明胶液，分层注入时每层胶液厚度控制在2-3cm。
[0037]步骤7、借助步骤2探槽临空面的操作之便，沿步骤4竖向沟槽底端向临空面内侧开挖横向沟槽用于切断待取岩样底面与母岩的连接;此步骤中横向沟槽宽度为I _2cm。
[0038]步骤8、待步骤4竖向沟槽与步骤7横向沟槽切割贯通后岩样与母岩脱离并在侧面胶体保护下被整体取出，获取包含目标裂隙的不规则原状裂隙岩;此步骤所获岩样为近似长方体的不规则块体，其等效直径为10-30cm、等效高度为10-40cm。此步骤所获含未经扰动目标裂隙的不规则原状裂隙岩样可用于室内高压渗流测试，定量表征导水地质体水力特性，分类评价天然裂隙渗流属性，辨别诱发地质灾害或环境污染的控水裂隙组，为岩质边坡稳定性分析、滑坡灾害治理及地下水环境评估提供客观依据。
[0039]具体的实施例
[0040]如图1所示，在岩质边坡或核废物处置库等地质灾害或环境污染易发区择出露良好的节理裂隙密集带，依据研究目的选择一块5m X 5m的待考察区域，利用铁锹、铁镐、扁铲、小型切割机等便携挖掘工具清除考察区域浅表层厚约10-15cm的风化破碎岩石。
[0041 ] 待上层清理完毕向下部开挖长约1.2m、宽约1.0m、深约0.Sm的方形探槽，岩体内部隐藏的地质信息如裂隙数量、迹线长度、张开度、粗糙度、分布与交切形式、充填矿物等被暴露于探槽侧壁及水平层面。
[0042]依据上述地质信息基于构造地质原理对所暴露裂隙按力学性质予以分类并标记，经分析知探槽左侧2.0X1.2m范围层面内暴露长度不一的24条剪切裂隙和17条张拉裂隙，右侧2.0 X 1.2m范围层面内暴露长度不一的21条剪切裂隙和31条张拉裂隙。
[0043]综合室内测试目的及裂隙分类结果决定纳入待取岩样的裂隙数量，然后基于拟纳入裂隙数量及其分布、交切形式划定待取岩样形状、尺寸并用白色石灰粉于裂隙暴露层面标记各待取岩样轮廓。本实施例共取两块样品用于室内渗流测试，其中样品一轮廓近似马蹄形，等效直径为32cm，轮廓内包含13条剪切裂隙和2条张拉裂隙;样品二轮廓近似椭圆形，等效直径为26cm，边界内包含9条张拉裂隙和I条剪切裂隙。需要说明的是即使样品中混入少量不同性质裂隙，如样品一 13条剪切裂隙中混入2条张拉裂隙，测试时因张拉裂隙对样品整体流动性的贡献较主导性剪切裂隙而言微不足道，故其影响忽略不计。
[0044]利用小型切割机、扁铲等便携式挖掘工具沿两待取岩样轮廓边缘自上而下切割宽度均为2cm、深度分别为36cm和28cm的竖向沟槽并清除槽内碎石，当四周沟槽连通后两待取岩样侧面与母岩脱离，仅剩底面与母岩连接。将厚度为Icm的塑料泡沫薄板制成与沟槽轮廓相匹配的形状后置于槽内并使之紧密触及槽底，泡沫薄板与两待取岩样间均预留宽度为Icm的注胶间隙，固定泡沫薄板并封堵周边可能导致胶液溢流的缝隙。将按体积比1:0.8调配均匀的环氧树脂固化剂逐层注入两样品侧面的注胶间隙，每层胶液厚度控制在3cm左右，固化剂胶液在重力作用下顺环状封闭空间自由流淌并均匀充填间隙，待当前层间隙被充填凝固后重复下一层注胶操作直至所有注胶间隙被填满。
[0045]待两样品注胶间隙内胶液终凝后借助探槽临空面的操作之便，沿上述竖向沟槽底端向临空面内侧开挖宽度均为2cm的横向沟槽用于切断两待取岩样底面跟母岩的连接。待竖向沟槽与横向沟槽切割贯通后两岩样与母岩脱离并在侧面胶体保护下被整体取出，至此获取两个在侧面胶体保护下含未扰动待考察裂隙的不规则块状裂隙岩，用于室内高压渗流测试后可定量表征研究区域导水地质体水力特性，分类评价研究区裂隙渗流属性，辨别研究区诱发地质灾害或环境污染的控水裂隙组，为研究区边坡稳定性分析、滑坡灾害治理及地下水环境评估提供客观依据。
[0046]本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
【主权项】
1.一种不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1、在地质灾害或环境污染易发区选择出露良好的裂隙密集带，划定考察区域范围并清除浅表层风化破碎岩石； 步骤2、向考察区域深部开挖竖向探槽，暴露错落交切的新鲜待测试目标裂隙，运用构造地质分析将目标裂隙按力学性质分为剪切与张拉两类裂隙； 步骤3、根据室内渗流测试目的及步骤2裂隙分布与交切形式，确定纳入待取岩样的裂隙数量，划定待取岩样形状、尺寸并标记取样轮廓； 步骤4、沿步骤3轮廓边缘自上而下切割竖向沟槽并清除槽内碎石，当四周沟槽连通后待取岩样侧面与母岩脱离，仅剩底面与母岩连接； 步骤5、将尺寸适宜的泡沫薄板制成与步骤4沟槽轮廓相匹配的形状后置于槽内并固定，薄板与待取岩样间预留注胶间隙； 步骤6、将环氧树脂固化剂逐层注入步骤5的注胶间隙，胶液受重力驱动顺环状封闭空间自由流淌并均匀充填间隙，当前层间隙被充填凝固后重复步骤6直至间隙被胶液填满；步骤7、借助步骤2探槽临空面的操作之便，沿步骤4竖向沟槽底端向临空面内侧开挖横向沟槽用于切断待取岩样底面与母岩的连接； 步骤8、待步骤4竖向沟槽与步骤7横向沟槽切割贯通后岩样与母岩脱离并在侧面胶体保护下被整体取出，获取包含目标裂隙的不规则原状裂隙岩。2.如权利要求1所述的不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，其特征在于，步骤I中考察区域范围为515111-1(^101]1，浅表风化破碎层厚度为10-150]1。3.如权利要求1所述的不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，其特征在于，步骤2中竖向探槽长度为100-150cm，宽度为50-100cm，开挖深度为40-80cmo4.如权利要求1所述的不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，其特征在于，步骤3中取样轮廓依目标裂隙分布交切形式及样品拟纳入目标裂隙数量而定，可为矩形、圆形、椭圆形、马蹄形或其他不规则形状。5.如权利要求1所述的不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，其特征在于，步骤4中竖向沟槽宽度为2-3cm，深度为10-30cmo6.如权利要求1所述的不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，其特征在于，步骤5中薄板是厚度为0.5-lcm具有一定支撑刚度的可塑性泡沫薄板，泡沫薄板与待取岩样间预留注胶间隙宽度为l-1.5cm07.如权利要求1所述的不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，其特征在于，步骤6中环氧树脂固化剂为828#环氧树脂与300#Y固化剂按体积比1:0.8混合后经二甲苯稀释所得无色全透明胶液，分层注入时每层胶液厚度控制在2-3cm。8.如权利要求1所述的不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，其特征在于，步骤7中横向沟槽宽度为l_2cm09.如权利要求1所述的不规则原状裂隙岩切槽注胶取样方法，其特征在于，步骤8所获岩样为近似长方体的不规则块状，其等效直径为10-30cm、等效高度为10-40cmo
【文档编号】G01N1/08GK105928741SQ201610525368
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】郭亮, 林茹, 邓义龙, 王磊, 徐凯, 张永刚, 祁鹏, 黄鑫, 胡卸文, 郭辉, 李菁, 钱德良, 巫锡勇
【申请人】西南交通大学