[发明专利]一种制作用于剪切渗流耦合试验节理试样的模具及方法

说明书

本发明涉及一种制作用于剪切渗流耦合试验节理试样的模具及方法，该模具包括底板、放置在底板上的侧围体以及覆盖在侧围体顶部的盖板，所述侧围体包括四块依次抵接的侧挡板，每块侧挡板的一端与相邻一块侧挡板的中部抵接，并通过螺钉及定位销固定，所述盖板通过螺钉与四块侧挡板的顶部固定连接。最终得到的节理试样的材质包括质量比为1：(1.1‑1.3)：(2.0‑3.0)：(0.08‑0.15)：(0.04‑0.1)的树脂混凝土包括环氧树脂、水泥、砂、二丁酯及乙二胺。与现有技术相比，本发明能够精确地制作出所需要尺寸的岩石节理试样；且该节理制作方法操作安全、简便；可大批量生产样本，试样效果良好，且节理试样的制备及养护周期短，节理强度高。

技术领域

本发明涉及岩石力学和渗流力学技术领域，具体涉及一种制作用于剪切渗流耦合试验节理试样的模具及方法。

背景技术

经过长期的复杂的地质力学作用，岩体中会形成许多不同规模的节理面，由于它们的强度和变形参数往往比岩石材料低一个甚至几个数量级，是工程岩体稳定性的决定性因素。另外，相对于岩石材料本身的低渗透性，节理面成为了岩体工程中地下水运移的主要通道，特别是近年来随着地下深部岩体工程如核废料处理、油气储存、CO₂封存等大型工程兴建，岩体节理的水力学性质是关系此类工程安全与否的关键因素之一。而岩石节理剪切渗流耦合试验是研究岩体节理水力学特性最直接有效的手段，为定量研究节理粗糙度对应力-渗流耦合特性的影响，需采用具有相同节理粗糙度的节理试件进行不同法向力和不同渗透水压下的试验，目前均采用复制岩石节理面的方法来进行研究。另外，在进行岩石节理剪切渗流耦合试验过程中，对节理试件的形状要求比较严格，一般为100×100×200mm的长方体试件，要求尺寸精度较高，受力面平整且平行，否则在加载过程中会出现偏压、节理试件放不进剪切渗流盒以及为侧面密封性不良等现象，导致测试结果不准确。

目前关于岩石节理剪切渗流耦合试验的材料的选用及制作存在两个问题：一是多采用石膏、水泥砂浆等材料来复制岩石节理面，其抗压强度较低，不能完成高法向应力及高水压下的节理剪切渗流耦合试验，且不能更真实地还原类岩石材料的力学特性，二是在节理制作过程中，上、下节理粗糙度的还原度较低，上下节理面并非完全的偶合(即节理面的初始隙宽为0)，同时节理的尺寸不能精确地控制，且在试验制作过程中安装，拆卸较为麻烦。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制作用于剪切渗流耦合试验节理试样的模具及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种制作用于剪切渗流耦合试验节理试样的模具，该模具包括底板、放置在底板上的侧围体以及覆盖在侧围体顶部的盖板，所述侧围体包括四块依次抵接的侧挡板，每块侧挡板的一端与相邻一块侧挡板的中部抵接，并通过螺钉及定位销固定，所述盖板通过螺钉与四块侧挡板的顶部固定连接。

每块所述的侧挡板顶部设有多个方形槽。

每块所述侧挡板顶部设有至少2个方形槽。设置方形槽，是为了在加树脂混凝土时，可以让多余的树脂混凝土流出，从而保证节理试样的上部是水平的且与盖板完全贴合。

一种采用如上所述模具制作用于剪切渗流耦合试验节理试样的方法，包括以下步骤：

(1)加工与侧围体内壁恰好贴合的天然岩石试样，其节理面朝上并放置在底板上，且天然岩石试样的侧壁贴合侧围体的内壁，然后往侧围体中倒入液体硅胶，待液体硅胶凝固后，得到一个侧面复制有节理形貌的硅胶模；

(2)将硅胶模放置在侧围体底部，且硅胶模的节理形貌面朝上放置，然后在侧围体中加入树脂混凝土，直至树脂混凝土充满整个侧围体，盖上盖板进行养护，然后脱模得到半块节理试样；

(3)将步骤(2)得到的半块节理试样放置在侧围体底部，且半块节理试样的节理形貌面朝上放置，然后按照步骤(2)的方法浇筑另外半块节理试样，养护脱模后即得所述用于剪切渗流耦合试验试样。