一種不規(guī)則巖體節(jié)理面剪切試驗試件預(yù)制的模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種不規(guī)則巖體節(jié)理面剪切試驗試件預(yù)制的模具，屬于石油工程 巖石力學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 巖石是地殼和上地幔主要的組成物質(zhì)。其對地表的上部建構(gòu)筑物可充當(dāng)堅固的承 載地基，也對地下的結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)固的掩體。受巖石產(chǎn)狀和地質(zhì)力學(xué)等因素的影響，在地下深 埋的掩體中，存在有大量的巖體節(jié)理裂隙系統(tǒng)，其發(fā)育特征決定了地下巖體的安全與穩(wěn)定 性。在石油和天然氣工業(yè)中的鉆井及地下硐室的開挖中，廣泛涉及到巖體鉆進(jìn)和巖體開挖 成硐等施工過程。在此過程中，巖體的節(jié)理裂隙特性控制了施工的安全穩(wěn)定性。
[0003] 因此，在巖石相關(guān)的地下工程可行性研宄及施工方案確定中，必須對地下相關(guān)巖 層的巖體力學(xué)特性進(jìn)行準(zhǔn)確的判定和分析，尤其是含裂隙巖體的力學(xué)特性對工程安全具有 至關(guān)重要的控制作用?；诖?，在工程勘探過程中，必須鉆采地下含節(jié)理裂隙的巖體進(jìn)行巖 石力學(xué)試驗測試，以確定巖體節(jié)理裂隙的力學(xué)參數(shù)，如節(jié)理面的法向剛度、切向剛度、粘聚 力和內(nèi)摩擦角等。這樣才能對地下巖體的安全穩(wěn)定性做到有效的評價，為工程設(shè)計和成功 建造提供可靠的安全保障。
[0004] 目前，廣泛采用的巖石節(jié)理裂隙參數(shù)的測試方法為，利用巖石剪切試驗機(jī)進(jìn)行剪 切試驗測試。而在試驗測試過程中，對巖石試件的形狀要求必須為邊長100mm、150mm或 200mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，而且要求試件目標(biāo)測試面的法向加載面和切向加載面必須平滑 且平行，否則在加載過程中會出現(xiàn)偏壓或應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確或失敗。
[0005] 而采用鉆井勘探技術(shù)對巖體進(jìn)行鉆探取芯的過程中，只能根據(jù)鉆井方向來鉆取地 下節(jié)理面走向各異的含節(jié)理裂隙巖體，且受取芯鉆頭尺寸的控制，使得獲得的巖樣，尺寸較 小，裂隙面與巖心的軸向呈不同的角度分布，則無法預(yù)制成理想的標(biāo)準(zhǔn)巖塊開展裂隙參數(shù) 測試的剪切試驗。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的目的是提供一種不規(guī)則巖體節(jié)理面剪切試驗試件預(yù)制的模具，利用 該模具可將小尺寸、不規(guī)則巖心試樣預(yù)制成能夠順利開展剪切試驗并能準(zhǔn)確測得巖石節(jié)理 面力學(xué)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)試件。
[0007]本實用新型所提供的不規(guī)則巖體節(jié)理面剪切試驗試件預(yù)制的模具，包括一底板、 兩個側(cè)壁板和兩個側(cè)擋板；
[0008] 兩個所述側(cè)壁板分別固定于所述底板的相對設(shè)置的端部；每個所述側(cè)壁板的內(nèi)壁 上設(shè)有兩個平行設(shè)置的凹槽，所述凹槽沿所述側(cè)壁板的豎直方向從其頂部延伸至其底部；
[0009] 每個所述側(cè)擋板通過嵌入兩個所述側(cè)壁板上相應(yīng)位置處的兩個所述凹槽內(nèi)，固定 于所述底板上，且所述側(cè)擋板垂直于所述側(cè)壁板；
[0010] 所述側(cè)壁板上于所述凹槽與其邊緣之間設(shè)有通孔，兩個所述側(cè)壁板上相應(yīng)位置處 的兩個所述通孔之間連接一螺栓，且所述螺栓從所述側(cè)壁板延伸出；所述螺栓的兩端部通 過螺母固定；
[0011] 所述側(cè)壁板上設(shè)有觀察孔，所述觀察孔設(shè)于兩個所述側(cè)擋板之間。
[0012] 所述的模具中，所述側(cè)壁板的外壁與所述底板的端部的邊緣位于一條直線上。
[0013] 所述的模具中，所述螺栓上套設(shè)有一彈簧，所述彈簧的自由長度大于兩個所述側(cè) 壁板之間的垂直間距，以控制所述側(cè)壁板平穩(wěn)移動并避免向內(nèi)側(cè)移動，從而方便地控制所 述側(cè)壁板與所述底板之間的配合；
[0014] 所述彈簧剛度系數(shù)可選擇為10?100N/mm。
[0015] 所述的模具中，所述螺母可為蝶形螺母，以方便手動調(diào)整；所述螺栓與所述螺母的 螺距均為〇? 5?2謹(jǐn)。
[0016] 所述的模具中，所述側(cè)擋板與所述底板之間的間隙不超過0. 01mm ;
[0017] 所述凹槽的深度為1?3mm。
[0018] 所述的模具中，所述底板、所述側(cè)壁板和所述側(cè)擋板的厚度一致，且均為5? 10mm ；
[0019] 所述底板、所述側(cè)壁板和所述側(cè)擋板的材質(zhì)均為鋼板，具體如不銹鋼，利于延長使 用壽命方便維護(hù)保養(yǎng)，降低維修成本。
[0020] 所述的模具中，所述通孔設(shè)于所述凹槽與所述側(cè)壁板的邊緣之間的中部；
[0021] 所述通孔為螺孔；
[0022] 所述通孔與所述螺栓之間的配合方式為間隙配合或過盈配合。
[0023] 所述的模具中，所述螺栓的長度比兩個所述側(cè)壁板的外壁之間的間距大至少 20mm，以方便所述螺母進(jìn)行固定。
[0024] 所述的模具中，所述螺栓上設(shè)有標(biāo)尺；
[0025] 所述標(biāo)尺的刻度精度為0. 1?0. 5mm。
[0026] 所述的模具中，所述觀察孔為條形通孔；
[0027] 所述觀察孔的長度為一個所述側(cè)壁板上的兩個所述凹槽之間的橫向間距的1/3， 其高度為3?10mm 〇
[0028] 根據(jù)常規(guī)巖石剪切試驗機(jī)的規(guī)格，本實用新型模具制作標(biāo)準(zhǔn)立方體試件的邊長為 100 ?200mm〇
[0029] 本實用新型不規(guī)則巖體節(jié)理面剪切試驗試件預(yù)制的模具沿所述底板的縱向中心 線和橫向中心線均對稱。
[0030] 本實用新型提供的不規(guī)則巖體節(jié)理面剪切試驗試件預(yù)制模具的工作方式，即利用 本實用新型模具進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試件的預(yù)制過程如下：
[0031] 1、首先將兩塊所述側(cè)壁板豎起，同時將所述側(cè)擋板插入到所述側(cè)壁板上設(shè)置的凹 槽中，確保兩側(cè)全部吻合；然后將定位螺栓穿過所述側(cè)壁板上設(shè)置的螺栓對所述側(cè)壁板進(jìn) 行固定，根據(jù)兩個所述側(cè)壁板的距離要求進(jìn)行所述螺栓的松緊調(diào)整，以保證所述側(cè)壁板與 所述底板達(dá)到允許的垂直狀態(tài)。
[0032] 2、采用C50高強(qiáng)混凝土，根據(jù)水泥和粉細(xì)砂顆粒級配確定標(biāo)準(zhǔn)配合比，調(diào)制高強(qiáng) 水泥砂漿，并對每組水泥砂漿進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試件（直徑50mm，高100mm的圓柱體三軸抗壓強(qiáng)度試 驗標(biāo)準(zhǔn)試件）預(yù)制。通過對養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)時間的三軸強(qiáng)度試件測試（時間計劃根據(jù)試驗進(jìn)度進(jìn) 行安排，最少7天，28天最佳，否則需按照養(yǎng)護(hù)時間長短進(jìn)行折算）確定高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度 指標(biāo)。
[0033] 3、利用取樣后的高強(qiáng)水泥砂漿進(jìn)行試件澆筑預(yù)制：首先在本實用新型模具內(nèi)灌注 一定量的水泥砂漿（接近預(yù)留觀測孔的高度范圍）作為底層打底砂漿；然后將中間含有節(jié) 理裂隙的小尺寸巖心試件放置于水泥砂漿內(nèi)，確保放置位置準(zhǔn)確，巖塊裂隙懸露于砂漿外 1?2_，且裂隙面盡可能與砂漿表面平行；將預(yù)制的5mm厚泡沫按模具平面和試件間空隙 的形狀放置在巖石裂隙面與模具中間進(jìn)行填充，起到隔離裂隙面與上下層砂漿的作用，目 的使裂隙面處于懸空狀態(tài)，防止砂漿影響裂隙面的試驗測試。處理完成后開始澆筑上層覆 蓋砂漿層；最后對上層砂漿層進(jìn)行抹平處理。
[0034] 4、將預(yù)制好的剪切試件預(yù)制件以三軸壓縮試驗的圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件的同等環(huán)境 (養(yǎng)護(hù)時間、環(huán)境溫度和濕度基本一致）進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
[0035] 5、待到設(shè)計養(yǎng)護(hù)時間后，開展剪切試驗，測試巖石節(jié)理面的強(qiáng)度。
[0036] 6、得到原始試驗數(shù)據(jù)后，利用標(biāo)準(zhǔn)水泥砂漿試件試驗測得的水泥砂漿力學(xué)參數(shù)對 數(shù)據(jù)進(jìn)行修正（修正公式如下），值Q為最終確定的節(jié)理面裂隙力學(xué)參數(shù)；
[0037] Q=P-W
[0038] 其中，Q為節(jié)理面力學(xué)參數(shù)值；
[0039] P為剪切試驗測試的力學(xué)參數(shù)初始值；
[0040]W為圓柱體三軸抗壓強(qiáng)度試驗測試的修正數(shù)值。
[0041] 利用本實用新型模具及高強(qiáng)混凝土對試件進(jìn)行試驗前預(yù)制，在模具中心位置設(shè)置 了裂隙定位孔，可以通過水平觀察確保不規(guī)則的含裂隙巖體節(jié)理正好處于剪切位置，則可 將任意形狀的含裂隙巖塊制成標(biāo)準(zhǔn)形狀試件準(zhǔn)確開展剪切試驗，測試節(jié)理面力學(xué)參數(shù)。本 實用新型模具解決了對于鉆井獲取的不規(guī)則圓柱形巖心無法在常規(guī)剪切試驗機(jī)上開展剪 切試驗的困難，能夠更加客觀準(zhǔn)確的對地下巖體裂隙進(jìn)行分析研宄，為地下工程的安全穩(wěn) 定性評價提供了關(guān)鍵的分析參數(shù)。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本實用新型模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043] 圖2為本實用新型模具的俯視圖。
[0044] 圖3為本實用新型模具中側(cè)壁板的立面圖
[0045] 圖4為本實用新型模具中底板的俯視圖。
[0046] 圖5為本實用新型模具中側(cè)擋板的立面圖。
[0047] 圖6為本實用新型中螺栓定位系統(tǒng)圖。
[0048] 圖中各標(biāo)記如下：
[0049] 1底板、2側(cè)壁板、3側(cè)擋板、4折頁、5凹槽、6螺孔、7定位