[发明专利]高脆性透明类岩石材料试件制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种类岩石高脆性透明树脂材料技术，尤其是一种含三维内置裂隙高脆性透明类岩石材料试件制备方法。

背景技术

脆性材料的破坏过程和内部裂隙扩展演化规律一直是固体力学研究的重点和难点。寻找一种脆性度好、透明度高并且便于预置内裂隙的试验材料是试验研究的关键点。材料的脆性度是以拉伸强度和压缩强度的比值来衡量的。采用脆性好的材料能较准确的反应像岩石这样的固体的受力变形特征。而选用透明度高的材料可便于观察内部裂隙的扩展演化过程。

到目前为止，国内外很多学者都选用透明的均质材料进行研究，如A.V.Dyskin和L.N.Germanovich（1994，2002）等人利用一些可浇铸成型的高分子透明材料（有机玻璃、CR-39树脂、Columbia树脂等）研究了内置裂隙扩展演化规律。香港的黄凯珠等（2004）运用PMMA进行了表面裂隙扩展的研究。但上述所采用的树脂等透明材料均属于增韧浇铸型，塑性较大，即使在低温条件下（-17℃），其拉压强度比一般只能达到1/3。郭彦双（2011年）寻找到-50℃下拉压比能达到1/5的不饱和聚酯树脂，脆性程度有所提高，但透明性较差。因此前人所采用材料的脆性程度都不高。另外，由于增韧工艺不理想和裂隙选材（金属片）的原因，其预置的裂隙前缘区域应力集中程度较高，在裂纹扩展过程中会产生一定的塑性流动，从而影响实验规律和结果的准确性和真实性。可见，前人所用材料多年来一直都存在较严重的缺点和不足。

因岩体中普遍含有许多三维裂隙而且多数是中空的，它们强烈地影响着岩体的变形和强度特性。所以三维裂隙或其它材料的的扩展与演化规律一直是岩石力学研究的重点内容之一。目前，室内试验则是研究岩石中三维裂隙扩展规律的主要研究手段。内置三维裂隙的制作主要是通过在制作试件的过程中事先预埋聚酯薄片或金属片实现的，三维中空裂隙在试件中的准确定位（倾角、空间位置等）则是试验成功与否的关键（也是分析试验结果的基础），这一技术有相当的难度。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种高脆性透明类岩石材料试件制备方法，该方法制备的试件具有脆性好、透明度高、易于成型、易于观察裂隙扩展过程等特点，使内置三维裂隙的选材、成型和定位更加合理、精准、简易，试验方法能够解决在试件中预置中空裂隙等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种高脆性透明类岩石材料试件制备方法，原材料包括CY-39型树脂和YS-T31型的固化剂，两者的质量比100:34或体积比100:41；具体步骤为：

(1)材料称量

按照配合设计要求称量好试验原材料：树脂和固化剂；

(2)材料拌合

将树脂和固化剂按配合比倒入搅拌筒中，用玻璃棒不断搅拌使之充分混合形成混合料，搅拌时应着重注意容器底部及侧壁位置的材料，应使该部位材料也充分混合，然后放入真空箱中做除气泡处理半小时；

(3)浇铸成型和养护

把预置有三维裂隙的模具置于工作台上，将步骤（2）制备并处理的混合料用玻璃棒引流入模具中浇铸成型；浇铸后将模具放入真空箱中做除气泡处理20～25分钟，然后放入18℃恒温鼓风干燥箱养护36～40小时；当具备了大于50MPa力学强度后即拆去模具；将脱模后试件放入恒温为70℃恒温鼓风干燥箱养护48～50小时后即可完成制作。

所述预置有三维裂隙的模具包括由5块完全透明的有机玻璃板组成一上部开口的方形盒体，并通过有机绝缘硅脂密封形成一个整体；在方形盒体左右两侧板面上不同位置钻孔，用细线牵拉、连接和固定预制裂隙，细线两端固定于两侧板面的孔中，起到准确定位的效果，制作出含不同条数、不同角度、不同位置的三维裂隙（组）试件。由于有机玻璃模具有良好的透明性，可以直接观察到整个试件固化过程，并可观察和控制裂隙片在容器中位置的变化。定义裂隙面与水平面的夹角为三维裂隙的倾角，通过研制的模具可以预置倾角为60°、45°和/或30°等多种角度的含三维裂隙（组）试件；也可以预置不同数目的三维裂隙组试件，如双裂隙、三裂隙、四条裂隙等；还可以预制纵向型、内错型、对顶型等各种裂隙组合的三维裂隙组试件。

所述预制裂隙采用厚度为0.12mm的云母片。与其它材料（如金属片（铜片、铝片等）、聚乙烯薄片等）相比，云母片刚度低，不会约束试件变形、方便裂隙的定位且更接近赋存于岩体中的裂隙。并为了确保裂隙尺寸的精确，制作了三种规格尺寸的椭圆形钢模具，可将云母片裁制为精确的椭圆形，避免了前人试验中手工剪制所带来的尺寸误差。