[发明专利]一种嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法

说明书

本发明公开一种嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法，包括如下步骤：根据工程现场岩体结构特性制作内部模具，该内部模具包括用于模拟柱状节理结构特征的三维多边形节理面网格，该节理面网格中嵌套有层间错动带模拟构件，其中，节理面网格由水溶性材料制成，错动带模拟构件由可溶性材料制成；向节理面网格中浇注节理柱相似材料，待其终凝后用水溶解该节理面网格，然后在被溶解的部位浇注节理面相似材料，待该部分终凝后用溶剂溶解错动带模拟构件，再在溶解后的空腔中浇注错动带相似材料；最后养护、即得试样。该方法能够简单、方便地制备得到含层间错动带的柱状节理岩体试样，为该类岩体力学渗流透性的研究提供试验基础。

技术领域

本发明涉及一种岩体试样制备方法，特别涉及一种嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法，属于岩体力学与岩石工程领域。

背景技术

玄武岩在火山喷发后的冷凝过程中体积迅速收缩形成节理面平直且相互平行的玄武岩节理柱，玄武岩柱多呈四边、五边、六边形，这些多边形节理被称为柱状节理。岩体在地质构造运动的作用下，通常会形成层间错动带，层间错动带部位的岩石被挤压破碎，力学性质远弱于完整岩块。柱状节理及层间错动带在玄武岩岩体中较为常见，两者相互影响，并最终影响了岩体的力学及渗透特性。

试验是研究岩石力学及渗透特性的一种有效手段，对于研究范围较大的试验，原位试验难以进行，使用类岩石材料进行室内试验可以突出岩石的结构特性，对岩石力学理论研究有重要的意义。但是，由于嵌套层间错动带的柱状节理岩体结构特殊，制样困难，使得试验研究通常不能考虑柱状节理与层间错动带在岩体破坏过程中的相互影响。

申请号为201810793707.0的中国发明专利申请《层状异性岩体相似材料的制作方法》公开了一种层状异性岩体相似材料的制作方法，该方法通过沿垂直方向浇注制备层状岩体，难以保证层面结构的平整度，且只能制作平面结构的节理岩体试样，无法考虑与节理方向垂直或有较大夹角的层间错动带对岩体性质的影响。

发明内容

发明目的：针对目前试样制备方法无法考虑柱状节理与层间错动带间相互影响的问题，本发明提供一种嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法。

技术方案：本发明所述的一种嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样制备方法，包括如下步骤：

(1)根据工程现场岩体结构特性制作内部模具，该内部模具包括用于模拟柱状节理结构特征的三维多边形节理面网格，该节理面网格中嵌套有层间错动带模拟构件，其中，节理面网格由水溶性材料制成，错动带模拟构件由可溶性材料制成；

(2)沿节理柱柱体方向向节理面网格中浇注节理柱相似材料，待其终凝后用水溶解该节理面网格，然后在被溶解的部位浇注节理面相似材料；待该部分终凝后用溶剂溶解错动带模拟构件，再在溶解后的空腔中浇注错动带相似材料；

(3)养护，制得嵌套层间错动带的不规则柱状节理岩体试样。

上述步骤(1)中，内部模具的制备方法优选为：根据工程现场岩体结构特性确定柱状节理的结构特征及层间错动带的结构特征，制作包含节理面网格及错动带模拟构件的内部模具三维模型；然后分别以水溶性材料和可溶性材料为节理面网格、错动带模拟构件的原料，3D打印制得内部模具。其中，柱状节理的结构特征包括柱状节理的形状和尺寸以及节理面的厚度，错动带的结构特征包括错动带的厚度和倾角。

步骤(2)中，水溶性材料可为聚乙烯醇(简称“PVA”)；可溶性材料可为高抗冲聚苯乙烯(简称“HIPS”)，对应溶解该可溶性材料的溶剂为柠檬烯。进一步的，节理柱相似材料为与节理柱力学性能相近的水泥砂浆，节理面相似材料为与节理面力学性能相近的水泥浆，错动带相似材料为与错动带力学性能相近的白水泥。

上述步骤(3)中，养护条件为恒温恒湿条件，其中，养护温度最好为22±2℃，相对湿度最好为90～95％。