[发明专利]考虑结构面网络的岩体物模试样及其制备方法与装置

说明书

本发明公开了一种考虑结构面网络的岩体物模试样及其制备方法与装置。该制备方法包括获取待模拟岩石的结构面网络数字化模型；制备完整岩体物模试样；根据获得的结构面网络数字化模型采用高压水射流切割技术在完整岩体物模试样上切割出与待模拟岩石中结构面网络形状大小相同的结构面网络槽体；在结构面网络槽体中填充配置好的结构面充填材料，待结构面充填材料凝结后，获得含结构面网络的岩体物模试样。本发明通过结合岩体三维成像和水射流工艺，顺次射流形成岩体内部的结构面网络体系，相比于现有单一结构面和单组结构面阵列的方法，能够快速精准的实现岩体内毫米级别的交叉结构面网络构建，工艺实施效率相比于传统脱模工艺得到极大提升。

技术领域

本发明属于岩石实验模拟技术领域，尤其涉及一种考虑结构面网络的岩体物模试样及其制备方法与装置。

背景技术

长期的地质历史过程中，岩体受到成岩作用、构造作用以及其他因素的影响而形成结构面。岩体结构面的发育使其物理力学性质产生显著的各向异性。近些年，随着深部资源和能源开发的加速，深部工程结构常赋存于富含结构面网络的岩体中。

硬岩以花岗岩为例，在深部构造应力作用下，岩体易产生交叉剪切节理，形成两组甚至多组由X走向结构面和Y走向结构面组成的界面网络体系，并于结构面中充填有各类矿物。软岩以煤岩为例，在煤化作用过程中，煤岩内会形成大致互相垂直面割理和端割理（对应X走向结构面和Y走向结构面），并随着时间的推移，割理结构面体系中会充填有各类矿物成分。

在岩石的物理模型试验中，岩体物模试样的制备通常需要考虑结构面的特征，以研究结构面网络特征对岩体工程特性的影响。然而，现有物模试样制样过程中，一般通过预制结构面模板拔模获得，但是在模板拔模的过程中会损伤试样，预制结构面依旧是试样制备过程的薄弱环节，而且所制作的岩体试样通常以含单一结构面居多，部分含一组结构面，而很少能够精细模拟结构面阵列或者两组及以上的交叉结构面网络。

总之，以往岩体物模试样结构面网络的模拟较难还原深部岩体的结构面网络特性，物模试样的制备还尚难满足深部资源和能源开发的试验模拟需求。为了能够较真实的模拟岩体结构面结构特性及其物理力学各项异性，亟待研发考虑结构面网络的岩体物模试样制备装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑结构面网络的岩体物模试样及其制备方法与装置。通过结合岩体三维成像和水射流工艺，顺次射流形成岩体内部的结构面网络体系，相比于现有单一结构面和单组结构面阵列的方法，能够快速精准的实现岩体内毫米级别的交叉结构面网络构建，工艺实施效率相比于传统脱模工艺得到极大提升。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

考虑结构面网络的岩体物模试样制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、获取待模拟岩石的结构面网络数字化模型；

步骤S2、制备完整岩体物模试样；

步骤S3、根据S1获得的所述结构面网络数字化模型采用高压水射流切割技术在所述完整岩体物模试样上切割出与所述待模拟岩石中结构面网络形状大小相同的结构面网络槽体；

在所述结构面网络槽体中填充配置好的结构面充填材料，待结构面充填材料凝结后，获得含结构面网络的岩体物模试样。

具体的，所述步骤S3的具体过程如下：

步骤S31:根据步骤S1获得的所述结构面网络数字化模型采用高压水射流切割技术在所述完整岩体物模试样上切割出与所述待模拟岩石中结构面网络的X走向结构面形状大小相同的X走向结构面槽体，得第一中间岩体物模试样；

步骤S32:在所述第一中间岩体物模试样的X走向结构面槽体中填充配置好的结构面充填材料，待充填材料初凝后，得第二中间岩体物模试样；