本發(fā)明涉及一種巖石試樣內(nèi)部預(yù)制裂紋的制作方法，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

巖石種類繁多，性質(zhì)復(fù)雜，對巖石力學(xué)特性的試驗研究起步較晚。巖石的內(nèi)部分布著大量的原生裂紋，甚至存著多條節(jié)理，而節(jié)理巖石試巖體工程中經(jīng)常遇到的復(fù)雜介質(zhì)，它具有非均勻性、各向異性和非連續(xù)性等特點，其強度、變形、破壞以及流變等特性，將直接影響巖體工程的設(shè)計、施工和加固方案。

由于節(jié)理巖石制樣困難，幾乎無法批量制成規(guī)律的巖石試樣用于室內(nèi)試驗研究。現(xiàn)在具有的3D打印技術(shù)制作一個內(nèi)部帶節(jié)理試樣的成本過高，且只能制成各向同性的低強度試樣。至今還未出現(xiàn)可以低價制作符合巖石力學(xué)特性的帶有內(nèi)部節(jié)理或裂隙的方法，這也制約著巖石力學(xué)特性研究的全面發(fā)展。

綜上所述，需要有一種能夠在巖石試樣內(nèi)部制作節(jié)理或裂隙的方法，且此方法要滿足造價低、制作方便、可以批量制作等要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷和不足，提供了一種巖石試樣內(nèi)部預(yù)制裂紋的制作方法，該方法造價低、制作方便，可以進(jìn)行批量制作。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種巖石試樣內(nèi)部預(yù)制裂紋的制作方法，包含以下步驟：

步驟一，巖石試樣的切割：使用切割機或機床將巖石試樣切割成若干段試樣單元，并對試樣單元進(jìn)行編號，分別為1、2、、、n，所切位置為待制作裂紋處，并且切割面平行于巖石試樣的兩個端面；

步驟二，裂紋制作：使用機床或水刀進(jìn)行預(yù)制裂紋加工，在試樣單元的兩個端面，即巖石試樣的切割面上進(jìn)行鉆孔，進(jìn)而形成裂紋；

步驟三，試樣單元的拼接：試樣單元端面上的裂紋制作完成后，按照步驟一對試樣單元的編號依次排列，進(jìn)行首尾拼接；拼接處采用2mm厚的高強度水泥將相鄰兩塊試樣單元的端面進(jìn)行粘接，從而形成拼接試樣；拼接時，將被拼接的試樣單元放入夾板內(nèi)或借助垂直三角尺對被拼接的試樣單元進(jìn)行拼接，從而保證被拼接的試樣單元的垂直度；

步驟四，拼接試樣的養(yǎng)護：拼接完成后，采用常壓蒸發(fā)養(yǎng)護，養(yǎng)護結(jié)束后，在自然條件下靜置風(fēng)干，再使用細(xì)砂紙或濕抹布將拼接試樣表面凸出的高強度水泥去除。

進(jìn)一步，所述步驟一中，切割面距離巖石試樣的兩個端面的距離不少于20mm。

進(jìn)一步，所述步驟二中，裂紋分為直線裂紋和折線裂紋，其中，直線裂紋的制作過程為：首先定位裂紋的起止端點，然后再采用機床或水刀進(jìn)行鉆孔加工；折線裂紋的制作過程為：裂紋的端點定位在巖石試樣的切割面上，從端點所在切割面上開始進(jìn)行鉆孔加工。

進(jìn)一步，所述步驟三中，在進(jìn)行試樣單元拼接時，若相鄰兩塊試樣單元，其中一塊試樣單元上沒有預(yù)制裂紋，另一塊試樣單元上有預(yù)制裂紋，則在沒有預(yù)制裂紋的那塊試樣單元的端面上均勻涂抹上厚為2mm的高強度水泥，并用掛刷抹平，再將有預(yù)制裂紋的試樣單元放置在高強度水泥上，待高強度水泥凝固風(fēng)干后完成拼接；若相鄰兩塊試樣單元均存在貫通裂紋，則在涂抹高強度水泥前，先在被涂抹高強度水泥的試樣單元端面的裂紋內(nèi)插上與裂紋大小相同的塑料管，涂抹高強度水泥后，用掛刷抹平，然后將塑料管拔出后，再將另一塊試樣單元放置在高強度水泥上，待高強度水泥凝固風(fēng)干后完成拼接。

進(jìn)一步，所述步驟四中，常壓蒸發(fā)養(yǎng)護時，相對濕度為40-50%。

進(jìn)一步，所述步驟四中，常壓蒸發(fā)養(yǎng)護時，溫度為40-45度。

本發(fā)明所達(dá)到的有益技術(shù)效果：本發(fā)明提供的一種巖石試樣內(nèi)部預(yù)制裂紋的制作方法，彌補了現(xiàn)有技術(shù)的空白，為開展節(jié)理類巖石室內(nèi)實驗提供了新的手段與技術(shù)支撐，極大的降低了試驗成本，且操作簡單，適用性廣，制作的帶有內(nèi)部預(yù)制裂紋的巖石試樣經(jīng)實驗測試，各項性質(zhì)均滿足實驗研究所需要求。實驗驗證切割后拼接的試樣的強度、透水性、脆性特性和剪脹特性等指標(biāo)與完整試樣十分接近，能夠解決巖石試樣無法在內(nèi)部制作裂紋問題，對帯節(jié)理巖石的力學(xué)特性以及巖石裂紋對巖石力學(xué)特性的影響等研究具有重要的現(xiàn)實意義。另外，此方法還可用于復(fù)雜情況下隧道開挖的圍巖穩(wěn)定性實驗研究，可以模擬復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道的開挖情況和多條隧道開挖時的相互影響情況。

附圖說明

圖1本發(fā)明實施例中切割前后巖石試樣的強度對比圖；

圖2本發(fā)明實施例中切割前后巖石試樣單軸試驗結(jié)果對比圖；

圖3本發(fā)明實施例中切割前后巖石試樣三軸試驗結(jié)果對比圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明提供一種巖石試樣內(nèi)部預(yù)制裂紋的制作方法，包含以下步驟：

步驟一，巖石試樣的切割：使用切割機或機床將巖石試樣切割成若干段試樣單元，并對試樣單元進(jìn)行編號，分別為1、2、、、n，所切位置為待制作裂紋處，并且切割面平行于巖石試樣的兩個端面；切割面距離巖石試樣的兩個端面的距離不少于20mm。

步驟二，裂紋制作：使用機床或水刀進(jìn)行預(yù)制裂紋加工，在試樣單元的兩個端面，即巖石試樣的切割面上進(jìn)行鉆孔，進(jìn)而形成裂紋；

裂紋分為直線裂紋和折線裂紋，其中，直線裂紋的制作過程為：首先定位裂紋的起止端點，然后再采用機床或水刀進(jìn)行鉆孔加工；折線裂紋的制作過程為：裂紋的端點定位在巖石試樣的切割面上，從端點所在切割面上開始進(jìn)行鉆孔加工。

步驟三，試樣單元的拼接：試樣單元端面上的裂紋制作完成后，按照步驟一對試樣單元的編號依次排列，進(jìn)行首尾拼接；拼接處采用2mm厚的高強度水泥將相鄰兩塊試樣單元的端面進(jìn)行粘接，從而形成拼接試樣；拼接時，將被拼接的試樣單元放入夾板內(nèi)或借助垂直三角尺對被拼接的試樣單元進(jìn)行拼接，從而保證被拼接的試樣單元的垂直度；

在進(jìn)行試樣單元拼接時，若相鄰兩塊試樣單元，其中一塊試樣單元上沒有預(yù)制裂紋，另一塊試樣單元上有預(yù)制裂紋，則在沒有預(yù)制裂紋的那塊試樣單元的端面上均勻涂抹上厚為2mm的高強度水泥，并用掛刷抹平，再將有預(yù)制裂紋的試樣單元放置在高強度水泥上，待高強度水泥凝固風(fēng)干后完成拼接；若相鄰兩塊試樣單元均存在貫通裂紋，則在涂抹高強度水泥前，先在被涂抹高強度水泥的試樣單元端面的裂紋內(nèi)插上與裂紋大小相同的塑料管，涂抹高強度水泥后，用掛刷抹平，然后將塑料管拔出后，再將另一塊試樣單元放置在高強度水泥上，待高強度水泥凝固風(fēng)干后完成拼接。

步驟四，拼接試樣的養(yǎng)護：拼接完成后，采用常壓蒸發(fā)養(yǎng)護，養(yǎng)護結(jié)束后，在自然條件下靜置風(fēng)干，再使用細(xì)砂紙或濕抹布將拼接試樣表面凸出的高強度水泥去除；常壓蒸發(fā)養(yǎng)護時，相對濕度為40-50%，溫度為40-45度。

實施例

采用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行預(yù)制裂紋的制作，不但方法造價低、制作方便，而且可以進(jìn)行批量制作。然而，在裂紋制作工程中，首先要對巖石試樣進(jìn)行切割，然后再用高強度水泥進(jìn)行拼接，那么由于切割是否會對巖石試樣的強度、脆性特性和剪脹特性等指標(biāo)產(chǎn)生影響，下面以具體實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。將巖石試樣切割成兩段，然后采用本發(fā)明提供的方便用高強度水泥將兩段進(jìn)行拼接，將拼接后的巖石試樣與切割前的巖石試樣進(jìn)行對比可知：

圖1為切割前后巖石試樣的強度對比圖，橫坐標(biāo)為圍壓，單位為兆帕（MPa），縱坐標(biāo)為軸壓，單位為兆帕（MPa），從圖中可以看出，切割前后巖石試樣的峰值強度基本保持不變，說明切割對巖石試樣的強度沒有影響。

圖2為切割前后巖石試樣通過單軸儀進(jìn)行破壞的照片，從圖中可以看出，切割前后的巖石試樣，其破壞形式均為劈裂破壞，兩者均表現(xiàn)出較高的脆性，且破壞后兩者的完整性較差。由此說明，切割對巖石試樣的脆性沒有影響。

圖3為切割前后巖石試樣在圍壓30MPa條件下常規(guī)三軸試驗破壞照片，從照片中可以看出，切割前后，巖石試樣的破壞形式均為剪切式破壞，且破壞后兩者的完整性非常好，破壞的剪切角也相同，也沒有發(fā)生剪脹現(xiàn)象。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。