[发明专利]一种基于3D打印的单裂隙岩体试件的制作方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的单裂隙岩体试件的制作方法，包括：步骤1：绘制单裂隙的三维数字模型和试件模具的三维数字模型；步骤2：基于单裂隙的三维数字模型和试件模具的三维数字模型，分别3D打印单裂隙模型和试件模具；步骤3：利用单裂隙模型和试件模具，通过浇筑水泥砂浆制成单裂隙岩体试件。本发明的基于3D打印的单裂隙岩体试件的制作方法，通过三维建模技术和3D打印技术获得单裂隙模型和模具模型，通过水泥砂浆浇筑获得单裂隙岩体试件，避免了野外取样时试件产生新的裂缝增大实验误差，以及天然岩样压裂后岩石破损无法进行重复性实验的问题，且加工精度高，确保单裂隙岩体试件的精准，提高了流体在裂隙渗流特性研究的准确。

技术领域

本发明属于岩石力学与工程技术领域，更具体地，涉及一种基于3D打印的单裂隙岩体试件的制作方法。

背景技术

随着水利、边坡和基坑等岩土工程的普遍和大型化，地下水对该类工程安全和稳定的影响也越显凸出，其渗流问题成为学者和工程师研究的重点，主要通过岩体特征来分析渗流问题。

岩体具有纵横交错的张、压、扭等结构面，是由空隙性较好而导水性较差的岩块孔隙系统和空隙性较差的而导水较强的裂隙系统组成，与裂隙渗透系数相比孔隙渗透可以忽略，但由于裂隙介质不同于孔隙介质，具有明显的非均匀性和各向异性，其水流运动非常复杂。

单裂隙是构成裂隙介质的基本元素，也是研究裂隙网络的基础。通过对影响基岩裂隙渗流的因素进行研究，研究结果表明裂隙面的粗糙元、张开度、应力作用、水的粘度和密度等共同影响着裂隙介质渗流。其中粗糙元是描述单裂隙特征的最基本因素之一。

目前实验室试件制备岩体试件主要通过野外取样加工合成后模具浇筑，但是在野外取样时试件由三维应力状态突然释放会产生新的裂缝，在实验室通过岩石试件加工机加工时，在试件周边又会产生新的裂隙，这些都会增大实验误差。天然状态下很难找到完成相同的岩石，即使在相同的场地取样其力学参数也会相差很大，同时实验室岩石实验大多是破坏性实验，很难进行重复性实验，满足单一变量原则。

目前单裂隙岩体模具浇筑主要通过数控电火花切割裂隙，水泥浇筑试件。这种方法通过水钻钻取岩芯加工，电火花在加工过程中会不断产生气体和金属屑末等，如果不能保证及时排除产生的气体和金属屑末会影响加工稳定性，从而使加工质量变差，降低加工精度。同时采用水钻钻取岩芯对加工人员要求较高，深度越大越难施工，同时会产生倾斜、不均衡等问题。为此，特别需要一种简单精准的方法能够实现制备单裂隙岩体试件。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够简单精准地制备单裂隙岩体试件的方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于3D打印的单裂隙岩体试件的制作方法，包括：步骤1：绘制单裂隙的三维数字模型和试件模具的三维数字模型；步骤2：基于所述单裂隙的三维数字模型和所述试件模具的三维数字模型，分别3D打印单裂隙模型和试件模具；步骤3：利用所述单裂隙模型和所述试件模具，通过浇筑水泥砂浆制成所述单裂隙岩体试件。

优选的，所述基于3D打印的单裂隙岩体试件的制作方法还包括：在所述步骤1之后，对所述单裂隙的三维数字模型和试件模具的三维数字模型进行检测和修复。

优选的，所述步骤2包括：步骤201：确定打印精度和切片层厚；步骤202：对所述单裂隙的三维数字模型和所述试件模具的三维数字模型进行定位和沿Z轴切分；步骤203：将包含所述单裂隙的三维数字模型和所述试件模具的三维数字模型的数据文件发送至3D打印机的管理站，通过3D打印机进行打印。

优选的，所述基于3D打印的单裂隙岩体试件的制作方法还包括：在所述步骤2之后，对3D打印的单裂隙模型和试件模具进行后期处理；所述后期处理包括：清理所述单裂隙模型和所述试件模具上的粉末；清洗所述单裂隙模型和所述试件模具；对所述单裂隙模型和所述试件模具进行固化。