一种层状岩体各向异性岩芯取样结构的制作方法

1.本实用新型属于岩石工程技术领域，尤其是涉及一种层状岩体各向异性岩芯取样结构。


背景技术：

2.层状岩体是岩石工程建设中普遍存在的一种赋存岩体类型，自然界中的岩体具有层状结构的约占陆地面积的2/3，在我国占到77.3%，其显著特征就是具有明显的层状结构面，岩层可以成水平或陡倾状，层理之间通常平行或近似平行，层状岩体的变形和破坏特征主要受岩层组合和结构面的控制，由于存在着这种定向层面的结构面，岩体呈现出显著的各向异性。
3.层状岩体分布的广泛性导致在工程建设中会遇到大量的层状岩体稳定问题，例如随着我国西部大开发战略的深入，一大批水电站地下厂房工程修建在不同倾角的层状岩体中，如锦屏、白鹤滩和乌东德水电站等。
4.由于层状岩体具有明显的各向异性的变形和强度特征，与各向同性岩体相比，其稳定性和破坏条件表现得较为复杂。所以，对复杂地质或应力环境条件下层状岩体力学行为与响应机制的进行研究，具有重要意义。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种层状岩体各向异性岩芯取样结构。
6.为此，本实用新型的上述目的通过如下技术方案实现：
7.一种层状岩体各向异性岩芯取样结构，其特征在于：所述层状岩体各向异性岩芯取样结构包括层状岩体，所述层状岩体的中央区域布置取样区，所述层状岩体的四周布设围绕取样区的一圈冷结施工钻孔；
8.所述取样区内钻取含有不同倾角层理的大尺寸层状岩块；
9.大尺寸层状岩块中水平方向、竖直方向分别钻取一个岩芯。
10.在采用上述技术方案的同时，本实用新型还可以采用或者组合采用如下技术方案：
11.作为本实用新型的优选技术方案：层理倾角为0
°
、15
°
、30
°
和45
°
。
12.作为本实用新型的优选技术方案：所述大尺寸层状岩块的长宽高均不小于50 cm，岩芯的直径为5 cm，长度为10 cm。
13.作为本实用新型的优选技术方案：冷结施工钻孔与取样区的间隔为1~2倍大尺寸层状岩块的边长。
14.由于层状岩体结构含有层理、片理等层状结构面，岩层的变形和强度表现出明显的各向异性特征，因此层状岩体的力学特性试验与研究很难直接套用各向同性岩体的试验方法，需要考虑各向异性对其力学特性的影响。
15.本实用新型提供一种层状岩体各向异性岩芯取样结构，能够同时考虑多组层理对岩芯力学特性的影响，并且能够获取含不同倾角层理的岩性，由于层状岩体的各向异性主要是由于层理引起的，因此，通过本实用新型所获取的岩芯能够反映层次岩体的各向异性特征。
16.本实用新型提供一种层状岩体各向异性岩芯取样结构，通过布置一圈冷结施工钻孔的形式，有效解除了周边应力，避免钻取大尺寸层状岩块的过程中遭受扰动；通过合理的布置方式取得含不同倾角的大尺寸层状岩块，并在其中进行钻孔取芯，进而获得不同方向层理的小尺寸层状岩芯，克服了传统取芯无法考虑层理方向影响的缺陷，为定量评价层状岩体各向异性特征提供了技术手段。
附图说明
17.图1为本实用新型所提供的层状岩体各向异性岩芯取样结构的平面布置图示。
18.图2为具有0
°
倾角层理的大尺寸层状岩块的图示。
19.图3为具有15
°
倾角层理的大尺寸层状岩块的图示。
20.图4为具有45
°
倾角层理的大尺寸层状岩块的图示。
具体实施方式
21.参照附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述。
22.一种层状岩体各向异性岩芯取样结构，包括层状岩体100，层状岩体100的中央区域布置取样区110，层状岩体100的四周布设围绕取样区110的一圈冷结施工钻孔120；
23.取样区110内钻取含有不同倾角层理的大尺寸层状岩块130；
24.大尺寸层状岩块130中水平方向、竖直方向分别钻取一个小尺寸层状岩芯131。
25.层理倾角为0
°
、15
°
、30
°
和45
°
。
26.大尺寸层状岩块130的长宽高均不小于50 cm，小尺寸层状岩芯131为柱状，直径为5 cm，长度为10 cm。
27.冷结施工钻孔120与取样区110的间隔为1~2倍大尺寸层状岩块130的边长，在本实施例中，示例为1倍大尺寸层状岩块边长的间隔。
28.具体地，上述层状岩体各向异性岩芯取样结构通过如下方式实现：
29.（1）、在拟取样区域一点范围内进行冻结法施工，将层理与岩块冻结在一起，确保钻孔取样过程中，不会因为钻机扰动，对岩样造成破坏；
30.（2）冻结法施工区域需将取样区包围，冻结施工钻孔与取样区的间隔在1倍大尺寸层状岩块边长左右，避免冻结施工钻孔对取样区造成扰动；
31.（3）在含有不同倾角层理的代表性取样区域钻取大尺寸层状岩块，一般要求长、宽、高超过50cm，层理发育方向要求有一定的倾角，一般选择0
°
、15
°
、30
°
和45
°
；
32.（4）为保证大尺寸层状岩块的完整性，钻取出来后，利用保鲜膜将其紧密包裹，避免与外界环境接触；
33.（5）在大尺寸层状岩块中钻取小尺寸层状岩芯，保持水平和垂直方向分别钻取，岩芯直径一般为5 cm，长度为10 cm；
34.（6）由于大尺寸层状岩块的层理具有一定的倾角，因此，钻取的岩芯便含有不同倾
角的层理，在加载过程中，由于加载方向与层理形成不同的夹角，因此，能够体现出层理方向对岩芯力学特性的影响，以此来反映层状节理的各向异性特性。
35.（7）通过整理层理方向与加载方向、加载大小之间的关系，便可以获得层状岩体的各向异性特性。
36.上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，仅为本实用新型的优选实施例，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种层状岩体各向异性岩芯取样结构，其特征在于：所述层状岩体各向异性岩芯取样结构包括层状岩体，所述层状岩体的中央区域布置取样区，所述层状岩体的四周布设围绕取样区的一圈冷结施工钻孔；所述取样区内钻取含有不同倾角层理的大尺寸层状岩块；大尺寸层状岩块中水平方向、竖直方向分别钻取一个岩芯。2.根据权利要求1所述的层状岩体各向异性岩芯取样结构，其特征在于：层理倾角为0
°
、15
°
、30
°
和45
°
。3. 根据权利要求1所述的层状岩体各向异性岩芯取样结构，其特征在于：所述大尺寸层状岩块的长宽高均不小于50 cm，岩芯的直径为5 cm，长度为10 cm。4.根据权利要求1所述的层状岩体各向异性岩芯取样结构，其特征在于：冷结施工钻孔与取样区的间隔为1~2倍大尺寸层状岩块的边长。

技术总结
本实用新型提供一种层状岩体各向异性岩芯取样结构，包括层状岩体，所述层状岩体的中央区域布置取样区，所述层状岩体的四周布设围绕取样区的一圈冷结施工钻孔；所述取样区内钻取含有不同倾角层理的大尺寸层状岩块；大尺寸层状岩块中水平方向、竖直方向分别钻取一个岩芯。本实用新型通过布置一圈冷结施工钻孔的形式，有效解除了周边应力，避免钻取大尺寸层状岩块的过程中遭受扰动；通过合理的布置方式取得含不同倾角的大尺寸层状岩块，并在其中进行钻孔取芯，进而获得不同方向层理的小尺寸层状岩芯，克服了传统取芯无法考虑层理方向影响的缺陷，为定量评价层状岩体各向异性特征提供了技术手段。技术手段。技术手段。


技术研发人员：刘宁 陈珺 高要辉 洪佳敏
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2022.04.05
技术公布日：2022/11/28