节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置及制备方法

本发明涉及岩层力学实验研究及试样制备领域，尤其涉及一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置及制备方法。

背景技术：

1、岩层力学实验是模拟岩层的岩性并制备出岩层试样，便于进行抗压、抗拉及力学加载等实验，这对于获取各类岩层基本力学参数、了解各类岩层基本力学性质，指导工程实践实施，具有重要作用。真实岩层内部包含有节理(节理是很常见的一种构造地质现象，就是我们在岩石露头上所见的裂缝，或称岩石的裂缝)与裂隙(岩石受力后断开并沿断裂面无显著位移的断裂构造)，节理与裂隙统称为节理裂隙，现有相似模拟岩层试样没有考虑节理裂隙，这不利于含有节理裂隙的岩层结构相关实验研究(有节理裂隙岩层结构的相似模拟岩层试样，更接近于真实岩层结构，抗压、抗拉及力学加载等实验也更贴近真实)，岩层结构中的节理裂隙对抗压、抗拉及力学加载等实验影响较大，故此影响着相似模拟岩层试样的实验精确性。现有技术无法制备出含有节理裂隙岩层结构的相似模拟岩层试样，也没有节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置，这导致岩层力学实验研究结果存在误差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决背景技术所指出的技术问题，提供一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置及制备方法，能够制备出含有节理裂隙的相似模拟岩层试样，可以对应模拟岩层的横节理裂隙、竖节理裂隙，便于进行包含节理裂隙的相似模拟岩层试样的力学实验研究，便于后续实验知晓力学实验的节理裂隙间耦合作用，提高了岩层力学实验研究结果的精确性和可靠性。

2、本发明的目的通过下述技术方案实现：

3、一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置，包括顶部具有箱口的试样制备箱，试样制备箱由制备箱本体、左插接板、右插接板组合而成；所述左插接板对应标记划设有若干个岩层线a，所述右插接板对应标记划设有与岩层线a相对应的岩层线b；所述左插接板或/和右插接板可拆卸式插接有若干个横节理裂隙生成板。

4、为了更好地实现本发明节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置，本发明还包括竖节理裂隙生成板，所述左插接板的所有岩层线a从下至上依次划设，所述右插接板的所有岩层线b从下至上依次划设，所述左插接板的岩层线a数量与右插接板的岩层线b数量相同，所述左插接板的第n层岩层线a与右插接板的第n层岩层线b对应构成相似模拟岩层的第n层岩层分界线，第n层岩层分界线与第n-1层岩层分界线之间构成第n层岩层生成区，第n层岩层生成区内部布设有若干个竖节理裂隙生成板。

5、优选地，所述制备箱本体由前侧板、后侧板、底板组成，制备箱本体的截面呈“u”字形，所述左插接板通过连接螺钉连接固定于制备箱本体左侧，所述右插接板通过连接螺钉连接固定于制备箱本体右侧。

6、优选地，所述左插接板、右插接板均由可穿刺插接的软质材料制造。

7、优选地，所述左插接板、右插接板均由泡沫材料制造。

8、优选地，所述横节理裂隙生成板外部和竖节理裂隙生成板外部均紧密包裹有塑料薄膜。

9、一种利用节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置的节理裂隙相似模拟岩层试样制备方法，其方法包括：

10、s1、根据地质构造的岩性在左插接板和右插接板上按比例标记划设岩层线a、岩层线b，左插接板的第n层岩层线a与右插接板的第n层岩层线b对应构成相似模拟岩层的第n层岩层分界线，第n层岩层分界线与第n-1层岩层分界线之间构成第n层岩层生成区，n为正整数；

11、s2、根据设计规划的横节理裂隙，在第一层岩层生成区中布设包裹有塑料薄膜的横节理裂隙生成板，横节理裂隙生成板插接固定于左插接板或右插接板上；按照第一层岩层生成区的岩性性质在第一层岩层生成区利用相似材料构筑第一层相似岩层，在构筑第一层相似岩层的同时，按照如下方法布设与拔出竖节理裂隙生成板：

12、根据设计规划的竖节理裂隙，在构筑第一层岩层生成区中从下至上依次布设竖向的竖节理裂隙生成板；当构筑到第一层岩层生成区的竖节理裂隙最低点时，将对应包裹有塑料薄膜的竖节理裂隙生成板插入固定于第一层岩层生成区的第一层相似岩层上；当构筑到第一层岩层生成区的竖节理裂隙最高点时，将对应的竖节理裂隙生成板取出生成所对应的竖节理裂隙，然后在竖节理裂隙顶端覆盖一层塑料薄膜以实现生成的竖节理裂隙保护作业；依次实现第一层岩层生成区内所有竖节理裂隙的生成作业；

13、s3、按照步骤s2的方法实现所有岩层生成区的竖节理裂隙生成作业，然后破坏左插接板和右插接板，将各个岩层生成区中的横节理裂隙生成板抽出对应形成横节理裂隙，得到包含横节理裂隙、竖节理裂隙在内节理裂隙的节理裂隙相似模拟岩层试样，对节理裂隙相似模拟岩层试样进行硬化处理。

14、为了更好地实现本发明节理裂隙相似模拟岩层试样制备方法，本发明还包括如下方法：

15、s4、将硬化处理后的节理裂隙相似模拟岩层试样进行使用切割规划，然后切割成若干个节理裂隙相似模拟岩层研究试样。

16、本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

17、本发明提供了一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置，能够制备出含有节理裂隙的相似模拟岩层试样，可以对应模拟岩层的横节理裂隙、竖节理裂隙，便于进行包含节理裂隙的相似模拟岩层试样的力学实验研究，便于后续实验知晓力学实验的节理裂隙间耦合作用，扩展了实验研究结果的丰富性，有利于在岩层力学实验时进行节理裂隙传递、扩展等方面研究，提高了岩层力学实验研究结果的精确性和可靠性。

技术特征：

1.一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置，其特征在于：包括顶部具有箱口(12)的试样制备箱，试样制备箱由制备箱本体(1)、左插接板(2)、右插接板(3)组合而成；所述左插接板(2)对应标记划设有若干个岩层线a(21)，所述右插接板(3)对应标记划设有与岩层线a(21)相对应的岩层线b(31)；所述左插接板(2)或/和右插接板(3)可拆卸式插接有若干个横节理裂隙生成板(5)。

2.按照权利要求1所述的节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置，其特征在于：还包括竖节理裂隙生成板(7)，所述左插接板(2)的所有岩层线a(21)从下至上依次划设，所述右插接板(3)的所有岩层线b(31)从下至上依次划设，所述左插接板(2)的岩层线a(21)数量与右插接板(3)的岩层线b(31)数量相同，所述左插接板(2)的第n层岩层线a(21)与右插接板(3)的第n层岩层线b(31)对应构成相似模拟岩层的第n层岩层分界线，第n层岩层分界线与第n-1层岩层分界线之间构成第n层岩层生成区，第n层岩层生成区内部布设有若干个竖节理裂隙生成板(7)。

3.按照权利要求1所述的节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置，其特征在于：所述制备箱本体(1)由前侧板、后侧板、底板(11)组成，制备箱本体(1)的截面呈“u”字形，所述左插接板(2)通过连接螺钉(4)连接固定于制备箱本体(1)左侧，所述右插接板(3)通过连接螺钉(4)连接固定于制备箱本体(1)右侧。

4.按照权利要求1所述的节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置，其特征在于：所述左插接板(2)、右插接板(3)均由可穿刺插接的软质材料制造。

5.按照权利要求4所述的节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置，其特征在于：所述左插接板(2)、右插接板(3)均由泡沫材料制造。

6.按照权利要求1所述的节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置，其特征在于：所述横节理裂隙生成板(5)外部和竖节理裂隙生成板(7)外部均紧密包裹有塑料薄膜。

7.一种利用权利要求1～6任一项所述节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置的节理裂隙相似模拟岩层试样制备方法，其特征在于：其方法包括：

8.按照权利要求7所述的节理裂隙相似模拟岩层试样制备方法，其特征在于：还包括如下方法：

技术总结
本发明公开了一种节理裂隙相似模拟岩层试样制备装置及制备方法，包括顶部具有箱口的试样制备箱，试样制备箱由制备箱本体、左插接板、右插接板组合而成；所述左插接板对应标记划设有若干个岩层线A，所述右插接板对应标记划设有与岩层线A相对应的岩层线B；所述左插接板或/和右插接板可拆卸式插接有若干个横节理裂隙生成板。本发明能够制备出含有节理裂隙的相似模拟岩层试样，可以对应模拟岩层的横节理裂隙、竖节理裂隙，便于进行包含节理裂隙的相似模拟岩层试样的力学实验研究，便于后续实验知晓力学实验的节理裂隙间耦合作用，提高了岩层力学实验研究结果的精确性和可靠性。

技术研发人员：宋红华,段晨曦,赵毅鑫,宫智馨,胡世德,唐国庆,龙云
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16