破裂岩石注浆固结试件制作方法

1.本发明涉及岩石力学研究领域，尤其涉及破裂岩石注浆固结试件制作方法。


背景技术：

2.在天然的物理、化学或人为因素的干扰下，天然岩体内经常会发生破裂现象。在工程中，注浆加固可胶结破碎岩石，提高岩体整体的力学性能。
3.制作试件，测试分析破裂岩石注浆固结体的力学性质对工程岩体稳定性分析具有重要价值。将完整岩石力学试件压裂后对其进行注浆固结是常用的试件制作方法。这一方法在压裂完整岩石力学试件过程中，无法控制试件的破裂方式，固结后不同试件之间一致性较差。这导致利用批量试件进行实验时，实验数据的离散性大，获取的实验数据精度低。具体地，如以特定压力特定浆液分别注入若干实验试件，由于各实验试件内部的裂纹走向以及裂纹大小均不同，因此对各实验试件进行力学分析时，其分析结论差异大，离散性大，无法客观体现以特定压力下特定浆液的加固效果。


技术实现要素：

4.为了解决传统的破裂岩石注浆固结试件制作方法制作出来的破裂岩石注浆固结试件内部裂纹走向和裂纹大小均不同，导致利用试件测试浆液效果离散性大、精度低的技术问题，本发明的目的在于提供破裂岩石注浆固结试件制作方法。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.破裂岩石注浆固结试件制作方法，步骤如下：
7.s1：筛选无节理、无裂隙岩块，制作岩石力学试件；
8.s2：对岩石力学试件进行岩石力学试验致其破裂，形成破裂岩石试件；
9.s3：利用注浆固结系统对破裂岩石试件进行注浆固结，制成破裂岩石注浆固结试件；
10.s4：以破裂岩石注浆固结试件为母本，利用x射线岩土三维显微ct系统对破裂岩石注浆固结试件进行扫描，提取破裂岩石注浆固结试件中的各岩石碎块，生成表征各岩石碎块外形的stl格式文件；
11.s5：以与母本同批次的无节理、无裂隙的岩块为基材，根据生成的stl格式文件，利用高精度岩石雕刻机批量复制相应的岩石碎块；
12.s6：对照stl文件拼接岩石碎块，制成若干破裂岩石试件复制品，利用注浆固结系统对各破裂岩石试件复制品进行注浆固结，制成若干破裂岩石注浆固结试件复制品，其中，破裂岩石试件复制品的注浆加固步骤与步骤s3一致；
13.s7：利用x射线岩土三维显微ct系统对破裂岩石注浆固结试件复制品进行扫描，对比破裂岩石注浆固结试件复制品与破裂岩石注浆固结试件母本的孔隙度，筛选出孔隙度误差在预设范围内的破裂岩石注浆固结试件复制品。
14.进一步地，步骤s7包括如下步骤：
15.首先，利用x射线岩土三维显微ct系统对破裂岩石注浆固结试件复制品以及破裂岩石注浆固结试件母本进行扫描，将扫描所得的破裂岩石注浆固结试件复制品的三维数据，以及破裂岩石注浆固结试件母本的三维数据导入avizo软件进行三维建模；
16.接着，利用avizo软件分别测定破裂岩石注浆固结试件复制品以及破裂岩石注浆固结试件母本的总体孔隙度，对比破裂岩石注浆固结试件复制品与破裂岩石注浆固结试件母本的总体孔隙度，筛选出总体孔隙度误差在5％内的破裂岩石注浆固结试件复制品；
17.接着，利用avizo软件分别测定破裂岩石注浆固结试件复制品以及破裂岩石注浆固结试件母本在高度hn处的截面孔隙度，对比破裂岩石注浆固结试件复制品与破裂岩石注浆固结试件母本在高度hn处的截面孔隙度，筛选出截面孔隙度误差在5％内的破裂岩石注浆固结试件复制品；
18.最后，筛选出总体孔隙度误差和截面孔隙度误差均在5％内的破裂岩石注浆固结试件复制品。
19.进一步地，在进行步骤s4之前，修整破裂岩石注浆固结试件，使其与岩石力学试件规格一致；
20.在进行步骤s7之前，修整破裂岩石注浆固结试件复制品，使其与破裂岩石注浆固结试件母本规格一致。
21.进一步地，步骤s1中，岩石力学试件为圆柱体，其直径的取值范围为：45.00mm～55.00mm，其高度的取值范围为：95.00mm～105.00mm。
22.进一步地，步骤s2包括如下步骤：首先，用热塑膜包裹岩石力学试件，接着，利用电液伺服岩石力学试验系统对包裹好的岩石力学试件进行三轴压缩试验，岩石力学试件破裂后拆除热塑膜，最后，用皮筋缠绕固定破裂岩石试件。
23.进一步地，所述注浆固结系统包括注浆筒、上盖、底盖、气泵和注浆压力阀，所述注浆筒开口向上，所述上盖盖设在所述注浆筒上，所述气泵设置在所述上盖上并与所述注浆筒连通，所述注浆压力阀设置在所述气泵上；
24.其中，步骤s3包括如下步骤：
25.首先，将破裂岩石试件放入注浆筒的正中央；
26.接着，制作实验浆液；
27.接着，在实验浆液未凝结时将实验浆液注入所述注浆筒，并在实验浆液浸没破裂岩石试件且注满所述注浆筒时打开所述注浆压力阀接通所述气泵压缩所述注浆筒内空气进行注浆固结，并在所述注浆筒内压力达到预设压力时关闭所述注浆压力阀停止加压；
28.最后，等待浆液凝结取出破裂岩石注浆固结试件。
29.进一步地，所述底盖凹设有若干定位圆环，各所述定位圆环的直径各异且与所述注浆筒同心设置，各所述定位圆环的深度为0.5mm～1mm。
30.进一步地，所述上盖在其周侧方向上开设有若干第一螺栓孔，各所述第一螺栓孔的中心与所述上盖边缘的距离为4mm～6mm；
31.所述注浆筒筒底在其周侧方向上开设有若干第二螺栓孔，各所述第二螺栓孔与各所述第一螺栓孔一一对应。
32.进一步地，步骤s6中，对照stl文件拼接岩石碎块时，采用与步骤s2同规格的皮筋，并采用与步骤s2相同的缠绕方式固定破裂岩石试件复制品。
33.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
34.可批量制作规格相同、物理学性质高度一致、可以表现岩石真实裂隙面的破裂岩石注浆固结试件复制品。而利用这些规格相同的破裂岩石注浆固结试件复制品(破裂岩石试件复制品的裂纹走向和裂纹大小相同)，能够进行单一变量控制重复试验，避免偶然性，也能进行不同变量控制对比试验，研究不同的因素对注浆固结体力学性质的影响。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
37.图1是实施例公开的破裂岩石注浆固结试件制作方法的流程图；
38.图2是实施例中注浆固结系统的结构示意图；
39.图3是实施例中注浆固结系统的底盖的结构示意图；
40.图4是实施例中注浆固结系统的上盖的结构示意图。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.实施例：如图1-4所示，该破裂岩石注浆固结试件制作方法包括：
43.首先，筛选无节理、无裂隙岩块，制作岩石力学试件，其中，岩石力学试件为圆柱体，其直径的取值范围为：45.00mm～55.00mm，其高度的取值范围为：95.00mm～105.00mm，优选地，岩石力学试件的直径为50.00mm，高度为100.00mm；
44.接着，对岩石力学试件进行岩石力学试验致其破裂，形成破裂岩石试件，具体地，所述对岩石力学试件进行岩石力学试验致其破裂步骤如下：首先，用pof热塑膜包裹岩石力学试件，接着，利用mts815电液伺服岩石力学试验系统对包裹好的岩石力学试件进行三轴压缩试验，岩石力学试件破裂后拆除热塑膜，最后，用皮筋缠绕固定破裂岩石试件；
45.接着，利用注浆固结系统对破裂岩石试件进行注浆固结，制成破裂岩石注浆固结试件，具体地，所述注浆固结系统包括注浆筒1、上盖2、气泵3、注浆压力阀4和底盖5，所述注浆筒1开口向上，所述上盖2盖设在所述注浆筒1上，所述气泵3设置在所述上盖2上并与所述注浆筒1连通，所述注浆压力阀4设置在所述气泵3上，更具体地，所述底盖5凹设有若干定位圆环11，各所述定位圆环11与所述注浆筒1同心设置，各所述定位圆环11深度为0.5mm～3mm，优选为0.5mm，所述上盖2在其周侧方向上开设有若干第一螺栓孔21，各所述第一螺栓孔21的中心与所述上盖2边缘的距离为4mm～6mm，优选为5mm，所述底盖5在其周侧方向上开设有若干第二螺栓孔12，各所述第二螺栓孔12与各所述第一螺栓孔21一一对应；
46.其中，所述利用注浆固结系统对破裂岩石试件进行注浆固结包括如下步骤：首先，将缠绕固定好的破裂岩石试件以所述底盖5的定位圆环11为基准放入所述注浆筒1的正中央，接着，按比例混合并搅拌高分子注浆材料得到实验浆液；接着，在实验浆液未凝结时将实验浆液注入注浆筒1，并在实验浆液浸没破裂岩石试件且注满注浆筒1时打开注浆压力阀4接通气泵3压缩注浆筒1内空气进行注浆固结，并在注浆筒1内压力达到2mpa时关闭注浆压力阀4停止加压，最后，等待数分钟待浆液凝结后取出试件。
47.接着，修整破裂岩石注浆固结试件，使其与岩石力学试件规格一致，具体地，所述修整破裂岩石注浆固结试件使其与岩石力学试件规格一致，包括如下步骤：首先，取出破裂岩石注浆固结试件，接着，采用myd-c高精密圆刀磨刀机加工破裂岩石注浆固结试件，使其与岩石力学试件尺寸规格一致，接着，利用50分度游标卡尺测量破裂岩石注浆固结试件的直径与高度，测量精度为0.02mm，与岩石力学试件的尺寸对比，破裂岩石注浆固结试件的直径误差不超过+0.06mm,破裂岩石注浆固结试件的高度误差不超过+0.1mm，为合格，若合格则进入下一步骤，若不合格则继续打磨。
48.接着，以破裂岩石注浆固结试件为母本，利用x射线岩土三维显微ct系统对破裂岩石注浆固结试件进行扫描，区分岩块部分与浆液部分，并提取破裂岩石注浆固结试件中的各岩石碎块，生成表征各岩石碎块外形的stl格式文件；
49.接着，以与母本同批次的无节理、无裂隙的岩块为基材，根据生成的stl格式文件，采用bd-1630高精度岩石雕刻机批量复制相应的岩石碎块；
50.接着，对照stl文件拼接岩石碎块，制成若干破裂岩石试件复制品，利用注浆固结系统对各破裂岩石试件复制品进行注浆固结，制成若干破裂岩石注浆固结试件复制品，其中，破裂岩石试件复制品的注浆加固步骤与上述步骤中的注浆加固步骤一致，其中，对照stl文件拼接岩石碎块时，采用与上述步骤中同规格的皮筋，并采用与上述步骤中相同的缠绕方式固定破裂岩石试件复制品；
51.接着，修整破裂岩石注浆固结试件复制品，使其与破裂岩石注浆固结试件母本规格一致，具体地，所述修整破裂岩石注浆固结试件复制品，使其与破裂岩石注浆固结试件母本规格一致，步骤如下：首先，采用myd-c高精密圆刀磨刀机修整破裂岩石注浆固结试件复制品使其与破裂岩石注浆固结试件母本规格一致，接着，利用50分度游标卡尺测量破裂岩石注浆固结试件复制品的直径与高度，测量精度为0.02mm，与破裂岩石注浆固结试件母本对比，直径误差不超过+0.06mm，高度误差不超过+0.1mm，若合格则进入下一步骤，若不合格则继续打磨。
52.接着，利用x射线岩土三维显微ct系统对破裂岩石注浆固结试件复制品进行扫描，对比破裂岩石注浆固结试件复制品与破裂岩石注浆固结试件母本的孔隙度，筛选出孔隙度误差在预设范围内的破裂岩石注浆固结试件复制品。具体地，步骤如下：首先，利用xradia ultra-xrm l200 x射线岩土三维显微ct系统对破裂岩石注浆固结试件复制品以及破裂岩石注浆固结试件母本进行扫描，接着，将扫描所得的破裂岩石注浆固结试件复制品的三维数据，以及破裂岩石注浆固结试件母本的三维数据导入avizo软件进行三维建模，接着，利用avizo软件分别测定破裂岩石注浆固结试件复制品以及破裂岩石注浆固结试件母本的总体孔隙度，对比破裂岩石注浆固结试件复制品与破裂岩石注浆固结试件母本的总体孔隙度，筛选出总体孔隙度误差在5％内的破裂岩石注浆固结试件复制品，接着，利用avizo软件
分别测定破裂岩石注浆固结试件复制品以及破裂岩石注浆固结试件母本在高度hn处的截面孔隙度，对比破裂岩石注浆固结试件复制品与破裂岩石注浆固结试件母本在高度hn处的截面孔隙度，筛选出截面孔隙度误差在5％内的破裂岩石注浆固结试件复制品，最后，筛选出总体孔隙度误差在5％内且截面孔隙度误差也在5％内的破裂岩石注浆固结试件复制品。
53.其中，高度hn的取值为若干个，如10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm。破裂岩石注浆固结试件复制品和破裂岩石注浆固结试件母本进行截面孔隙度对比时，选取相同高度进行对比。
54.上述破裂岩石注浆固结试件制作方法，在制作完破裂岩石注浆固结试件母本后，通过x射线岩土三维显微ct系统对破裂岩石注浆固结试件进行扫描，提取破裂岩石注浆固结试件中的各岩石碎块，生成表征各岩石碎块外形的stl格式文件，接着，对照stl文件拼接岩石碎块，制成若干破裂岩石试件复制品，接着，对各破裂岩石试件复制品进行注浆固结，最后，选取孔隙度误差在5％内的破裂岩石注浆固结试件复制品。可批量制作规格相同、物理学性质高度一致、可以表现岩石真实裂隙面的破裂岩石注浆固结试件复制品。而利用这些规格相同的破裂岩石注浆固结试件复制品(破裂岩石试件复制品的裂纹走向和裂纹大小相同)，能够进行单一变量控制重复试验，避免偶然性，也能进行不同变量控制对比试验，研究不同的因素对注浆固结体力学性质的影响。
55.应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。此外，术语“圆心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
56.如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本发明的具体实施只局限于这些说明。凡与本发明的方法、结构等近似、雷同，或是对于本发明构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本发明的保护。