本发明专利技术公开了一种制备含隐节理和层间错动带的柱状节理岩体模型的方法，是利用相似材料制备模型模拟工程现场的柱状节理岩体，在相似材料搅拌过程中添加不同厚度和尺寸的麦片模拟隐节理的不同特征，并在其中设置层间错动带特征，包括倾角、数量、不同层间错动带的间距及相互夹角。本方法制备过程简单、操作简便、克服了因实验室岩样尺寸小而无法钻取带有层间错动带的岩样,进而无法利用原芯样分析随机隐节理和层间错动带对柱状节理岩体力学性质的影响的不足。本制备方法得到不同隐节理特征、不同层间错动带特征、不同节理厚度的柱状节理岩体模型，能够相对准确的模拟现场柱状节理岩体的分布特征和力学特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是岩石力学工程和水电工程等领域中以富含隐节理和层间错动带的柱状节理岩体为主要工程对象的工程安全问题，具体涉及利用相似材料模型确定随机节理和层间错动带对柱状节理岩体强度的影响，主要是一种利用制备含隐节理和层间错动带的柱状节理岩体模型的制备方法。
技术介绍
柱状节理岩体是一种特殊岩体中的一种，是玄武岩特有的构造，它往往被柱状节理所切割成不同形状尺寸的棱柱状柱子。白鹤滩水电站坝基底部的玄武岩部分岩层中不仅发育柱状节理岩体，且整个岩体中间有几条层间错动带贯穿整个柱状节理岩体，柱子内部丰富发育着隐节理。白鹤滩水电站建成后将是国内第二大水电站，其建设、运营中安全稳定性情况是关注点，其柱状节理玄武岩体在开挖过程中的松弛问题，运行过程时在高水头高应力下的渗流应力耦合作用下的稳定性问题等等。由于难以获取现场坝基处完整的实验室尺寸的岩样，即使能够取回来也难以加工成实验用的试样，因为柱子内含有丰富的隐节理一经过打磨就会破碎了，而且能够取得到的只是单个柱子回来加工，不能真实模拟现场整个柱状节理岩体的破坏形态，现场的破坏形式为结构破坏，非柱子的强度屈服。由于相似材料的可塑性强、制作简单、造价低和针对性强，广泛应用于模拟岩石工程中的岩体模型，故可以用相似材料能够模拟这种富含隐节理、层间错动带的柱状节理岩体在不同应力环境下的变形特征。申请号分别为2015100600984、201407443937及2014105643869均为制备规则不规则柱状节理岩体模型，均提出了一些的新的方法，得到了一些好的有益效果，但是都没有提出一个良好有效的制备跟现场富含隐节理和层间错动带的柱状节理岩体相应的模型，故提出本制备更吻合现场的模型，得到的模型分析更能反映现场的力学特征。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种，该方法可以得到不同隐节理特征、不同层间错动带特征的岩芯试样，能够相对准确的模拟出现场的柱状节理岩体的力学特征。技术方案:为解决上述技术问题，本专利技术提供的，包括以下步骤: 步骤1，在柱状岩体现场，取一组柱体并统计其形状、大小及尺寸;并对柱体内部的隐节理的特征信息进行统计及记录，并取柱体做成标准的岩样经过室内试验测试出其的岩石力学参数； 步骤2，根据统计记录的替换的形状、大小及尺寸，利用实验模型的几何相似比&、容重相似比CY、根据室内试验得到岩石力学参数，则强度相似比Crz&XCy、弹性模量相似比XCY，并以此确定单个替换的具体尺寸并标号记录其不同的顺序、相似材料的原料及配比；步骤3，由步骤1中在现场统计的柱体的形状、大小及尺寸和步骤2中由相似比最终确定的单个替换的尺寸和形状，采用铁片拼合形成蜂窝状，用于形成岩体模型内柱状节理； 步骤4，根据典型柱体内部的隐节理数量、平均宽度、平均长度按照特定的规则将麦片加工成不同尺寸、厚度、长度的碎片状，从而确定出模型制作原料中加入不同特征的碎片状麦片的种类及数量； 步骤5，将相似材料水泥、砂子及水根据步骤2中相似准则确定的比例进行均匀搅拌，并将步骤4得到中的碎片状麦片添入其中，经过再一次搅拌均匀后，倒入立方体模具中；然后放置在丨旦温丨旦湿的养护室中，养护l_2h; 步骤6，将步骤3制得的铁片按照特定的顺序插进养护后的模型中，然后继续把模型放置在丨旦温丨旦湿的养护室中，养护l_2h; 步骤7，将步骤6中养护好的带隐节理的相似材料的模具中的铁片拔出，然后浇入胶合材料填充由铁片拔出所形成的节理孔隙，然后继续把模型放置在恒温恒湿的养护室中，继续养护24-48h; 步骤8，将养护好的步骤7中的模型从养护室中拿出，然后将模具中的模型推出，得到含隐节理的柱状节理岩体模型； 步骤9，按照特定的层间错动带特征将步骤8得到的模型进行切割，得到不同的块体；步骤10，利用不同的粘合物将步骤9中的块体粘接起来并做成一定厚度的填充，得到含不同隐节理和层间错动带的柱状节理岩体模型。作为优选，所述步骤1中对柱体内部的隐节理的特征信息进行统计及记录，并取柱体做成标准的岩样经过室内试验测试出其的岩石力学参数。作为优选，所述步骤9中特定的层间错动带特征包括倾角、厚度和剪切位置。使用时，操作方法如下: 1)在柱状岩体现场，取多个柱体，统计其柱体的形状、大小及尺寸;对柱体内部的隐节理的特征信息进行统计及记录，并取柱子做成标准的岩样经过室内试验测试出其的岩石力学参数； 2)根据统计出来的柱子的形状、大小及尺寸，利用实验模型的几何相似比(^、容重相似比CY、根据室内试验得到岩石力学参数，则强度相似比CrAXCy、弹性模量相似比&=&ΧCY，并以此确定单个柱子的的具体尺寸并标号记录其不同的顺序、相似材料的原料及配比； 3)由1)中在现场统计的柱体的形状、大小及尺寸和2)中由相似比最终确定的单个柱子的尺寸和形状， 4)根据3)中的单个柱子的形状和尺寸确定不同柱子的所需的铁片，铁片的厚度1-4_，从而可使得节理的厚度变化范围是1-4_; 5)根据典型柱体内部的隐节理数量、平均宽度、平均长度按照特定的规则将麦片加工成不同尺寸、厚度、长度的碎片状，从而确定出模型制作原料中加入不同特征的碎片状麦片的种类及数量，特定的分布规则为正态分布、均布分布； 6)将相似材料水泥、砂子及水根据2)中相似准则确定的比例进行均匀搅拌，并将5)中的碎片状麦片添入其中，经过轻轻的再一次搅拌均匀后，倒入150_的立方体模具中；然后放置在丨旦温丨旦湿的养护室中，养护l_2h; 7)将养护后的5)中的模型拿出来，将3)的特定的铁片按照特定的顺序插进模型中，然后继续把模型放置在恒温恒湿的养护室中，养护l_2h ； 8)然后将6)养护带隐节理的相似材料中的模具中的铁片拔出，然后浇入胶合材料填充由铁片拔出所形成的节理孔隙，然后继续把模型放置在恒温恒湿的养护室中，继续养护24-48h； 9)将养护好的8)中的模型从养护室中拿出，然后将模具中的模型推出，从而得到含隐节理的柱状节理岩体模型； 10)按照特定的层间错动带特征(倾角、厚度、剪切位置)将9)得到的模型进行切割，得到不同的块体； 11)利用不同的粘合物将10)中的块体粘接起来并做成一定厚度的填充，从而得到含不同隐节理和层间错动带的柱状节理岩体模型。有益效果:本专利技术可以制备得到含隐节理和层间错动带的柱状节理岩体模型，其所制备的相似材料是一个模拟替换含隐节理和柱间带有层间错动带的柱状节理岩体，使之能够在实验室尺寸下模拟现场岩体;所制备的替换的形状是不尽相同的，是根据代表岩体的替换特征描述的，有不规则三角形、不规则四边形、不规则五边形、不规则六边形；所制备的替换是带有随机隐节理的，是符合现场实际的，其含隐节理的特征表现于将加工过得到不同特征的麦片模拟的，在于在相似材料的拌合过程中添加这些不同特征的麦片来模拟隐节理的特征。适用于模拟白鹤滩现场富含隐节理和层间错动带贯穿柱状节理岩层的岩体的力学特性，所采用方法中的材料简单、成本低廉、操作简单。除了上面所述的本专利技术解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本专利技术的所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备含隐节理和层间错动带的柱状节理岩体模型的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，在柱状岩体现场，取一组柱体并统计其形状、大小及尺寸；步骤2，根据统计记录的替换的形状、大小及尺寸，利用实验模型的几何相似比C1、容重相似比CY、根据室内试验得到岩石力学参数，则强度相似比CR=C1×CY、弹性模量相似比CE=C1×CY，并以此确定单个替换的具体尺寸并标号记录其不同的顺序、相似材料的原料及配比；步骤3，由步骤1中在现场统计的柱体的形状、大小及尺寸和步骤2中由相似比最终确定的单个替换的尺寸和形状，采用铁片拼合形成蜂窝状，用于形成岩体模型内柱状节理；步骤4，根据典型柱体内部的隐节理数量、平均宽度、平均长度按照特定的规则将麦片加工成不同尺寸、厚度、长度的碎片状，从而确定出模型制作原料中加入不同特征的碎片状麦片的种类及数量；步骤5，将相似材料水泥、砂子及水根据步骤2中相似准则确定的比例进行均匀搅拌，并将步骤4得到中的碎片状麦片添入其中，经过再一次搅拌均匀后，倒入立方体模具中；然后放置在恒温恒湿的养护室中，养护1‑2h；步骤6，将步骤3制得的铁片按照特定的顺序插进养护后的模型中，然后继续把模型放置在恒温恒湿的养护室中，养护1‑2h；步骤7，将步骤6中养护后的带隐节理的相似材料的模具中的铁片拔出，然后浇入胶合材料填充由铁片拔出所形成的节理孔隙，然后继续把模型放置在恒温恒湿的养护室中，继续养护24‑48h；步骤8，将养护好的步骤7中的模型从养护室中拿出，然后将模具中的模型推出，得到含隐节理的柱状节理岩体模型；步骤9，按照特定的层间错动带特征将步骤8得到的模型进行切割，得到不同的块体；步骤10，利用不同的粘合物将步骤9中的块体粘接起来并做成一定厚度的填充，得到含不同隐节理和层间错动带的柱状节理岩体模型。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐卫亚，林志南，王环玲，王如宾，张久长，闫龙，吉华，孙梦成，巢志明，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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