[发明专利]一种基于3D打印技术的含内置裂隙的类岩石试样制备方法

说明书

一种基于3D打印技术的含内置裂隙的类岩石试样制备方法，属于土木工程、水利水电工程技术领域。类岩石试样制备方法采用3D打印设备来制作含内置裂隙的类岩样，可以制作含内置的单裂隙，多裂隙，多角度类岩样；采用的材料是一种透明性良好的脆性不饱和树脂，此树脂性质与真实岩石较为接近，能真实反映裂隙岩体的基本特征，制作的含内置裂隙的类岩样能够更好地研究裂隙的萌生和扩展过程；制备方法可以制作内置闭合裂隙类岩石试样，制作的岩样裂隙不仅与天然裂隙的符合度更高，而且还能直观清楚地观察到裂隙所处位置，角度等情况，填补了传统岩石制备方法不能制作内置闭合裂隙岩样的空白；可以制作出具有各向同性的类岩石试样。

技术领域

本发明涉及一种基于3D打印技术的含内置裂隙的类岩石试样制备方法，属于土木工程、水利水电工程技术领域。

背景技术

岩石是天然材料，其内部含有大量的节理、裂隙和微裂纹。由于岩石所含裂隙个数，角度及空间位置不同，从而导致岩石力学性能的复杂性。岩体内的原生裂隙是影响岩体抗压强度和稳定性的重要因素，对工程危害性较大。因此，针对岩石内置裂隙扩展机理及研究具有十分重要的工程意义。

天然岩石内部十分复杂，很难通过人工机械钻取的方式得到理想的内置裂隙的岩石试样，实验过程中也难以清楚的观测到裂纹的萌生和扩展过程（岩石的非透明性所致）。虽然有多种针对岩石预制裂隙试样的制备方法，但大多属于表面或穿透裂隙，难以制备包含在试样内部的裂隙。

发明内容

为了解决现有岩石试样制备方法中难以制作内置裂隙的问题，本发明提供了一种类岩石材料内置裂隙试样的制备方法。采用该制备方法制作出来的含内置裂隙试样，可以精确描述内置裂隙的倾角、长度、数量和间距等裂隙岩体的基本特征。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于3D打印技术的含内置裂隙的类岩石试样制备方法，包括如下步骤：

（1）所述类岩石试样选用的材料是具有良好透明性的不饱和树脂，采用3D打印的加工方法，在试验过程中清楚地观察并拍摄到预制裂缝的扩展、贯通全过程；

（2）依据所确定的内置裂隙倾角、宽度、长度、数量和间距等裂隙几何参数，以及试样形状，运用计算机建立含裂隙的三维数字空间模型；确定所建立的内置裂隙在类岩石试样中的几何尺寸和位置；

（4）将三维数字空间模型输入到具有一次成型的3D打印设备中，并准备好3D打印所用的光敏树脂材料；运用3D打印设备制作含有内置裂缝的类岩石试样；3D打印机扫描的空间点阵由三维数字空间模型确定，打印设备扫描到的空间点阵范围内的光敏树脂材料由液体变为固体，而未扫描到的地方仍为液体；

（5）对制作的试样进行残留液体抽取工作；在不影响实验结果的位置，钻取能够通达残留液体且直径小于1毫米的小孔，将未成型的光敏树脂液体抽出，从而形成内置裂隙。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：（1）本发明采用的是3D打印设备来制作含内置裂隙的类岩样，和传统方式相比在加工上存在很大优势，并且可以制作含内置的单裂隙，多裂隙，多角度类岩样；（2）本发明采用的材料是一种透明性良好的脆性不饱和树脂，此树脂性质与真实岩石较为接近，能真实反映裂隙岩体的基本特征，所以采用该材料制作的含内置裂隙的类岩样，能够更好地研究裂隙的萌生和扩展过程；（3）本发明的制备方法可以制作内置闭合裂隙类岩石试样，制作的岩样裂隙不仅与天然裂隙的符合度更高，而且还能直观清楚地观察到裂隙所处位置，角度等情况，填补了传统岩石制备方法不能制作内置闭合裂隙岩样的空白；（4）依据本发明的制备方法可以制作出具有各向同性的类岩石试样。

附图说明

图1是一条倾角为45℃、椭圆体的闭合裂隙正视图。

图2是一条倾角为45℃、椭圆体的闭合裂隙俯视图。

图3是一条倾角为45℃、椭圆体的闭合裂隙侧视图。