一种在类岩石相似材料试件中预制粗糙裂隙的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种岩石力学实验方法，特别是一种在类岩石相似材料试件中预制粗 趟裂隙的方法。
【背景技术】
[0002] 在岩石力学领域，岩体被公认为是由岩块和裂隙（节理、结构面或不连续面）网络 组成的。裂隙的物理力学性质是岩体承载能力和工程稳定的控制因素，因此裂隙岩体一直 是学术界的研究热点。按力学成因，可将裂隙分为剪性和张性两类。一般来说，裂隙表面都 是比较粗趟的。1973年，己顿系统提出了节理面粗趟度的概念，并通过试验确定了粗趟度系 数JRC。另外，谢和平关于分形几何的研究也提供了粗趟度系数的确定方法。
[0003] 考虑到含裂隙试件现场取样难度大、离散性强等缺点，通过配制类岩石脆性相似 材料，在相似材料试件中预制裂隙成为探讨含裂隙岩石变形、破坏和裂纹扩展特征的重要 手段。目前，在相似材料试样内预制裂隙的方法主要利用模具和裂隙片，该类方法预制的都 是平直光滑裂隙，相关专利有：
[0004] CN200610042132. 6公开了一种用于裂隙岩石试验的陶瓷试件S维内置裂隙制造 方法。该发明采用不易变形的青裸纸模拟裂隙，不能形成粗趟裂隙。
[0005] CN200910013928. 2公开了一种用于制作类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的 制备方法，其中模拟裂隙片状材料为聚醋薄膜、牛皮纸或金属薄片，不能形成粗趟裂隙。
[0006] CN201110422886. 5公开了一种制作类岩石试块裂隙面的模具，主要由滑槽、钢片 定位杆、量角器、滑杆和钢片组成，用钢片预制裂隙，不能形成粗趟裂隙。
[0007] CN201220173136. 9公开了一种制作不同角度全贯穿裂隙类岩石材料标准试件的 模具，用薄钢片预制贯穿裂隙，不能形成粗趟裂隙。
[000引CN201310073165. 7公开了一种能精确定位充填型预制裂隙的类岩石试样模具，利 用云母片、石蜡片、钢片等裂隙填充材料，不能形成粗趟裂隙。
[0009] CN201410139078. 1公开了一种用于断续双裂隙岩石S轴压缩试验的类岩石试件 模具，用矩形钢片预制断续双裂隙，不能形成粗趟裂隙。
[0010] CN201420047107. 7公开了一种制备预置有S维裂隙高脆性透明类岩石材料试件 的模具，预制裂隙采用厚度为0. 12mm的云母片，不能形成粗趟裂隙。
[0011] 此外还有学者利用剪切试验、己西劈裂试验等方法直接在岩石试样中形成粗趟破 裂面，然后进行相关研究（如R.E.Goodman, 1976)，但是该种方法形成的裂隙难W精确重 复，对于岩石该种离散性大的介质而言，该是一种不可忽视的缺陷。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是要提供一种工序简单、成本低廉、重复性好、精度高的在类岩石相 似材料试件中预制粗趟裂隙的方法。
[0013] 本发明的目的是该样实现的：该方法包括W下步骤：
[0014] a.用取巧机或割石机及磨石机加工岩石试件；
[0015] b.采用不同试验方法对岩石试件进行破坏试验，在试件内部形成单一贯穿粗趟裂 隙，并对裂隙表面进行清洗，去掉碎块和岩屑；所述的不同试验方法为己西劈裂方法、直接 剪切方法、模形剪切方法和单轴压缩方法；
[0016] C.用柔性耐高温卷材包裹破裂试件，贯穿裂隙保留一定张开度，柔性耐高温卷材 预留缺口，缺口范围内必须包含一定迹长的裂隙；
[0017] d.将复型材料高温加热变为液态，并在高温环境下将流动性较好的液态复型材料 注入并充满整条贯穿裂隙，然后常温下自然冷却；
[0018] e.复型材料凝固后，去除柔性耐高温卷材，将复型材料裂隙片取出，该复型材料裂 隙片再现了破裂岩样贯穿裂隙表面的形貌特征；
[0019] f.采用=维激光扫描仪对复型材料裂隙片表面进行扫描测试，通过相关软件将粗 趟裂隙表面的形貌特征数值化；
[0020] g.根据下一步岩石裂隙试验的要求，重复上述C~f步骤，制作一定数量的复型材 料裂隙片，并通过裂隙表面形貌特征的对比分析验证各裂隙片间的相似程度及误差；
[0021] h.将裂隙片固定在类岩石材料试样加工模具中，然后将流动态类岩石相似材料注 入模具中；
[0022] i.流动类岩石相似材料试件硬化后，脱模，对于完全贯穿试件的裂隙片可W直接 取出硬化后试件中的裂隙片；
[0023] j.部分贯穿试件的裂隙片难W直接取出，可将试件放入高温炉中，在一定温度条 件下将裂隙片烙化为液态后流出来，然后将试件在常温条件下自然冷却。
[0024] 所述的岩石试件是在试验机上进行破坏试验的任何尺寸的圆柱形或方形试件。
[0025] 所述的柔性耐高温卷材是易变形、强度高，并能承受大于复型材料烙点的温度，如 侣巧纸或铜巧胶带。
[0026] 所述的一定张开度为便于液态复型材料流入的最小开度。
[0027] 所述的复型材料为；高温可变为流动性好的液态，常温条件下为具有一定硬度和 刚度的任何材料，如锡、侣低烙点金属或聚己締或聚丙締热塑性塑料。
[002引所述的类岩石相似材料为；凝固前具有流动性、凝固后具有脆性、且烙点大于复型 材料烙点的任何材料。
[0029] 有益效果及优点；
[0030] ①本发明的复型材料裂隙片能够精确再现岩石拉伸或压剪破坏面的粗趟形貌特 征，更能真实模拟现场岩体节理发育情况及岩石变形破坏的过程。
[0031] ②本发明裂隙片的加工工序简单、成本低廉、可重复性好、精度高。
[0032] ⑨本发明能够根据同一破坏面加工一批具有相同粗趟度系数的裂隙片，并借助= 维激光扫描仪将表面形貌特征数值化，便于精确量化和对比分析，避免了岩石粗趟裂隙离 散性大，可重复性差的缺陷，在不同条件下结构面物理力学性能（渗流、压缩、剪切）试验中 具有广阔的应用前景。
【附图说明】：
[0033] 图1为本发明在类岩石相似材料试件中预制粗趟裂隙的流程图。
[0034] 图2为本发明在高温条件下液态复型材料注入贯穿裂隙的示意图。
[0035] 图3为本发明的柔性耐高温卷材包裹破裂试件示意图。
[0036] 图4为本发明的复型材料裂隙片。
[0037] 图中，1、破裂岩样；2、高温箱；3、压力注入装置；4、液态复型材料；5、破裂岩样中 的贯穿裂隙；6、柔性耐高温卷材；7、复型材料裂隙片。
【具体实施方式】
[003引该方法包括W下步骤：
[0039]a.用取巧机或割石机及磨石机加工岩石试件；
[0040] b.采用不同试验方法对岩石试件进行破坏试验，在试件内部形成单一贯穿粗趟裂 隙，所述的贯穿为劈拉/压剪，并对裂隙表面进行清洗，去掉碎块和岩屑；所述的不同试验 方法为己西劈裂方法、直接剪切方法、模形剪切方法和单轴压缩方法；
[0041] C.用柔性耐高温卷材包裹破裂试件，贯穿裂隙保留一定张开度，柔性耐高温卷材 预留缺口，缺口范围内必须包含一定迹长的裂隙；
[0042] d.将复型材料高温加热变为液态，并在高温环境下将流动性较好的液态复型材料 注入并充满整条贯穿裂隙，然后常温下自然冷却；
[0043]e.复型材料凝固后，去除柔性耐高温卷材，将复型材料裂隙片取出，该复型材料裂 隙片再现了破裂岩样贯