一种基于裂隙岩石多场耦合试验的试样制备方法与流程

本发明属于裂隙岩石的应力-渗流-化学耦合试验领域，涉及一种试样制备方法，具体涉及制作一种利用试验研究不同温度、渗流、应力以及化学环境多场耦合作用下裂隙岩石的试样制备方法。

背景技术：

裂隙岩石的应力-渗流-化学耦合过程研究是国际岩石力学领域最前沿的课题之一，是核废料地下处置、地下能源储存、地下二氧化碳储存、地热开发、石油开采、坝基、边坡、硐室等众多与水相关的岩石工程的最基础研究课题之一。岩体中的节理裂隙在地应力的作用下承受着挤压、剪切等变形，裂隙面成为应力释放或集中的关键部位，其性质往往控制着整个岩石结构体的力学稳定性。同时，相对于低渗透性完整岩石本身，岩体中的裂隙网络通常主导着地下水的运移方向，是渗流场的主要研究对象；受控于矿物溶解的表面反应机制，节理裂隙形成的水岩自由接触面也是地球化学反应的主要发生场所。因此，裂隙的存在极大的影响了地下岩体力学场的平衡、地下水在渗流场中的运移及地球化学反应的进行。

目前对均匀、完整的岩样进行裂隙加工多以水刀切割为主，在水刀移动的时候会形成裂隙。水刀启动的时候对岩样产生一个圆形的贯通孔，在水刀开始移动后所产生的裂隙与启动时产生的圆柱孔宽度不一致，这就导致了在加工裂隙岩样时，裂隙宽度不均匀。同时，水刀切割所产生的裂隙宽度较大，可能会对试验结果产生不良影响，目前现有技术中还没有很好方法解决该问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是要研究裂隙岩石多场耦合性能以用于上述的工程背景中，提供一种可以用于不同围压、渗透压、温度、湿度以及酸碱度条件下渗透性及力学性能研究的特殊试样，本发明提供了一种有效的解决了裂隙岩样裂隙宽度不均匀且裂隙宽度较大等问题的方法，制备出一种更为全面，更能模拟实际工程环境的试验试样。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于裂隙岩石多场耦合试验的试样制备方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1、对目标岩体中进行切割、钻芯、磨平得到满足试验要求规格的标准试样；

步骤2、利用切割刀在标准试验两侧对切，得到含有切割裂隙的岩石试样；

步骤3、对切割裂隙进行打磨，制成符合多场耦合试验要求的试样。

作为改进，所述步骤1中，标准试样为圆柱形试样、长方体试样或者片状试样。

作为改进，所述步骤2中，所述切割刀为圆形旋转切割刀，在标准试样两侧对切时，在裂隙中部贯穿即可。

作为改进，所述切割裂隙与圆柱形试样的轴线相交。

作为改进，所述切割裂隙与圆柱形试样的轴线夹角为0°-60°。

作为改进，所述切割刀切割过程采用数控机床操控，切割裂隙宽度为0.5-1.5mm，切割裂隙角度偏差小于1°。

作为改进，步骤3中，采用电动钢丝锯对切割裂隙进行打磨。

作为改进，可以根据实验要求对标准试样进行分批切割，每批选择一种切割裂隙角度进行切割，具体切割裂隙与圆柱形试样夹角可以选择0°、30°和45°。

作为改进，所述目标岩体为花岗岩、大理岩或玄武岩。

本发明有益效果是：

本发明利用数控机床对岩样进行加工，得到满足试验要求的标准岩石试样，随后从侧面两边同时采用定制刀片进行切割直至得到宽度较小且均匀的裂隙，该定制刀片采用金刚石制作而成并可在数控机床上自由安装拆卸；后将切割好的裂隙使用电动钢丝锯打磨，使之光滑、平整。由于裂隙的宽度较小且均匀，角度可控，使得本发明加工的岩样更能满足裂隙岩石多场耦合过程试验的需要，为工程实践提供技术支持，使试验研究模拟实际问题时更具有现实意义。

本发明针对地下岩土工程的安全性问题，用于建立应力-渗流-化学耦合作用下裂隙岩石破坏过程的本构关系的同时，也可用于对裂隙岩石多场耦合的物理力学性质进行过程模拟和行为预测，对于提高围岩和混凝土屏障结构的安全性以及我国能源的可持续发展具有重要的科学价值和实际意义。

附图说明

图1为一种基于裂隙岩石多场耦合试验的试样制备方法流程图；

图2为本发明实施例中圆形金刚石刀片示意图；

图3为本发明实施例中裂隙切割过程示意图；

图4为本发明岩石圆柱形试样轴线与裂隙夹角0°示意图；

图5为本发明岩石圆柱形试样轴线与裂隙夹角30°示意图。

1-花岗岩试样，2-裂隙，3-切割刀片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步的详细说明

本实施例的裂隙岩石多场耦合试验的试样制备方法，包括初始岩石试样的制备：选自甘肃北山花岗岩，属于芝麻白系列，其矿物成分主要有钠长石(naalsi3o8)，钾长石(kalsi3o8)，石英(sio2)等，花岗岩岩块进行通过切割，钻芯，磨平，制取得到的常规三轴压缩试验用50mm*100mm的圆柱体花岗岩试样1，试样在常温下保存，并保持洁净干燥，本发明实施例也可以制得符合试验要求的其他规格试样，制得的标准岩石试样需满足水利水电工程岩石试验规程(sl264-2001)。

在此实施例中，为了加工宽度较小且均匀的裂隙2，本发明在制备好的标准岩样上进行二次切割，由左右两端同时采用特制的切割刀片3进行切割直至该裂隙2贯穿，为满足花岗岩、大理岩等硬度较大的试样切割要求，该切割刀片3采用金刚石制成，刀片厚度小于1mm，该定制刀片由数控机床控制，角度偏差小于0.1°，且该定制刀片可自由拆卸以便该数控机床完成其他切割任务，同时裂隙2宽度根据刀片的宽度可进行适当的调整。对花岗岩试样1采用定制刀片从两侧同时开始切割裂隙2，角度为0°、30°、45°，切得试样的裂隙2宽度约为1mm，误差允许范围在±0.5mm以内。切割过程使用数控机床操控，角度偏差小于1°，将数据输入电脑，数字化切割过程，提高了制样效率。后将切割得到带裂隙2的花岗岩试样1进行筛选，淘汰角度偏差较大及裂隙2宽度不均匀的试样。

在此实施例中，为了更好的模拟实际工程中微小裂隙2对岩石力学性能产生的影响，对筛选好的带裂隙2花岗岩试样1的裂隙2内壁进行打磨，打磨采用电动钢丝锯，模拟真实裂隙2间特征，为了减少后期试验的无关变量，尽量保证打磨精度一致。

本发明的方法能够用于对裂隙2岩石的多场耦合试验进行研究，用于后期试验能够很好的模拟实际工程情况，减少无关变量的产生。以根据实验要求对标准试样进行分批切割，每批选择一种切割裂隙2角度进行切割，具体切割裂隙2与圆柱形试样轴线夹角可以选择0°、30°和45°。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的方法做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰、使用材料的变化均仍属于本发明的技术方案的范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于裂隙岩石多场耦合试验的试样制备方法，首先利用数控机床对岩样进行加工，得到满足试验要求的标准岩石试样，随后从标准岩石试样侧面两边同时采用切割刀片进行切割直至得到宽度较小且均匀的裂隙，该切割刀片采用金刚石制作而成并可在数控机床上自由安装拆卸；后将切割好的裂隙使用电动钢丝锯打磨，使之光滑、平整。由于裂隙的宽度较小且均匀，角度可控，使得本发明加工的岩样更能满足裂隙岩石多场耦合过程试验的需要，为工程实践提供技术支持，使试验研究模拟实际问题时更具有现实意义。

技术研发人员：张宇皓;何涛;苏思臣;刘熠;康健;申梓岐;程明;邹义胜;肖阳;杨凯
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：2018.11.07
技术公布日：2019.01.15