[发明专利]一种裂隙张开型和填充型复杂裂隙岩体物理模型构建方法

说明书

本发明公开了一种裂隙张开型和填充型复杂裂隙岩体物理模型构建方法，包括：采集岩体裂隙的产状、迹长与间距参数，获取各组裂隙统计结果；建模生成复杂裂隙网络数值模型；设定裂隙的厚度，修剪模型并缩减比例，生成复杂裂隙网络实体模型；利用3D打印机打印复杂裂隙网络物理模型；将所述复杂裂隙网络物理模型内置于制样模具，灌注砂浆并养护，制备获得含裂隙材料复杂裂隙岩体物理模型；将含裂隙材料复杂裂隙岩体物理模型浸泡到化学溶剂中，持续小幅振动直至裂隙材料完全溶解，制备获得裂隙张开型复杂裂隙岩体物理模型；加热石蜡熔融，使熔融石蜡灌注进裂隙张开型复杂裂隙岩体物理模型，制备获得裂隙填充型复杂裂隙岩体物理模型。

技术领域

本发明涉及岩石力学领域，尤指一种裂隙张开型和填充型复杂裂隙岩体物理模型构建方法。

背景技术

在岩石力学特性室内研究方面，受限于复杂模型建模方法，目前的研究多针对岩石或类岩石(石膏、混凝土)材料进行研究，针对含复杂裂隙分布的相似岩体材料的力学行为研究较少。随着3D打印技术的兴起和进步，实现复杂结构的实体建模逐渐成为可能。目前，3D打印技术在医学、机械制造、汽车等领域应用较广，在岩石力学方面的应用还较少，尤其在复杂结构面几何建模方面的应用成果鲜见于报道。由于实际岩体中富含大量随机分布的复杂几何形态的节理结构面，且这种岩体的力学特性研究对于岩体工程稳定性分析及力学参数获取具有重要价值，由于岩体内部节理结构面空间几何分布的复杂性、随机性，针对这种含复杂节理的岩体物理试验模型尚未见于报道。目前采用3D打印技术进行岩体节理结构面力学分析方面，主要有以下两类相似的方案：第一类方法是采用3D打印技术，研究单一节理面的表面粗糙形态，进而进行建模和开展相关的力学试验，比如直剪试验等。第二类方法是采用3D打印技术，进行含单条平滑节理的类岩石材料建模，研究平滑节理的倾角对试件的力学影响。现有技术主要针对单结构面进行建模，主要方法是采用激光扫描的方式进行单结构面复杂几何形态的扫描、计算机建模，进一步开展3D打印生成物理模型。

传统裂隙岩体物理模型构建方法通过在砂浆浇筑过程中预置片状材料、浇筑完成后再将片状材料移除的方法构建裂隙岩体，但只能构建包含单一或简单组合裂隙的岩体物理模型。

近些年，陆续有科研院所采用3D打印技术构建复杂裂隙岩体物理模型，主要有两种方式：(1)首先构建复杂裂隙岩体数值模型，然后利用3D打印技术直接打印出裂隙岩体物理模型。该方法受3D打印材料限制，复杂裂隙岩体物理模型的强度不可随意调控。(2)首先构建复杂裂隙网络数值模型，并利用3D打印技术打印出复杂裂隙网络物理模型，然后将复杂裂隙网络物理模型内置于制样模具内并浇筑砂浆，最终构建出复杂裂隙岩体物理模型。该方法构建出的复杂裂隙岩体物理模型中包含有裂隙材料，而裂隙材料会显著影响复杂裂隙岩体物理模型的力学性质。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出了一种构建包含复杂裂隙网络的裂隙岩体物理模型的方法，模型主体为强度可调的常规砂浆材料，裂隙既可以是张开的，也可以是填充的。