[发明专利]基于3D打印的标准圆柱节理锚固试块模具制作及操作方法

说明书

一种基于3D打印的标准圆柱节理锚固试块模具制作及操作方法，CAD建模，建立具有特定角度节理面的空心圆柱体、底座和实心小圆棒，并在空心圆柱体上设置贯穿节理面的小孔；节理面将空心圆柱体分割为上部模具和下部模具；文件格式转换切片并导入3D打印机；3D打印机打印成型各个模具组件；空心圆柱体模具组装；组合圆柱模具组装；混凝土浇筑及脱模；插入钢筋以模拟锚杆，并于钢筋端部安装螺母,锚固；制成标准尺寸并含特定角度节理面的锚固试件。该方法能便捷、准确地制成符合国际岩石力学学会标准的且包含节理面和锚孔的圆柱形岩块，同时，能有效保证节理面的参数及锚孔的参数得到精确有效的控制，能显著提高平行测试的稳定性和精确度。

技术领域

本发明涉及一种基于3D打印的标准圆柱节理锚固试块模具制作及操作方法。

背景技术

自然界工程岩体存在诸多裂隙、节理、孔洞等天然缺陷，这种缺陷的还原及模拟测试给工程技术人员带来极大的挑战。常规研究方法中，主要有以下两种简化方法：第一种将岩体考虑为均质材料，忽略内部的裂隙、孔洞等缺陷，进而开展平行试验；第二种则针对缺陷开展特定试验研究，对应的研究方案相对较多，如开展含有孔洞的标准岩块测试，含有一组（多组）平行（交叉）裂隙的岩块测试。在上述测试过程中，所采用的岩块一般为国际岩石力学学会（ISRM）建议的圆柱试件，其直径为50 mm，高度为100 mm，也有采用长方体试块的形式，其底部尺寸为50*50 mm的正方形，高度为100 mm。研究方案中的裂隙多为非贯穿性裂隙，裂隙尺度相对于试块较小。这些简化方案最终提供的结果并无法真实反映真实工程岩体的实际受力及失效情形，多为理想情形，且实验变量极难控制。

另一方面，关于贯穿性节理岩体的锚固强化测试方向，当前众多已有研究都采用长螺栓、铝棒、螺钉等构件来近似模拟真实锚固构件（锚杆、锚索等）。将锚固构件穿过节理面，然后采用特定锚固剂进行黏结锚固，或不锚固，仅施加预紧力或无预紧力。最后基于这些锚固试件开展相关测试，测定其力学承载性能，进而对锚固参数和节理面参数对承载性能的影响开展评价。这一研究方案首先在节理面的制作上相对单一，多采用水泥浇筑并预置挡片，当水泥凝固后再拔除挡片，从而预置节理面。这一制作方式首先无法制作圆柱形试块，主要原因是受制于试件外形原因而没有较好的方式预置挡片并在后期拔除挡片。故而传统研究方案中均采用长方体试块，这样试块的尺寸无统一的标准，存在较大的随意性和主观性，与国际岩石力学学会的推荐尺寸不一致，研究结论也千差万别。其次，节理面的角度控制不精准，依据上述制作方案，节理面的形成依赖于挡片的摆放，摆放的角度受人工操作误差大。再次，后期锚固中的锚孔通过在特定位置预置钢棒后期脱模形成，或者后期在特定位置钻设形成，不管以哪种方式，都受到人工操作因素的干扰，存在一定误差。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于3D打印的标准圆柱节理锚固试块模具制作及操作方法，该方法能便捷、准确地制成符合国际岩石力学学会标准的且包含节理面和锚孔的圆柱形岩块，同时，能有效保证节理面的参数及锚孔的参数得到精确有效的控制，能显著提高平行测试的稳定性和精确度。

本发明提供一种基于3D打印的标准圆柱节理锚固试块模具制作及操作方法，包括以下步骤：

步骤1：CAD建模，其具体步骤如下：

S1，利用CAD软件的三维建模功能在三维空间坐标系内建立空心圆柱体，并在空心圆柱体内部建立特定角度的斜切面模拟节理面，节理面中心位置与空心圆柱体中部截面圆心位置重合；

S2，小孔在空心圆柱体的特定高度处设置横向贯穿节理面的小孔；

S3，依据节理面将空心圆柱体切分为上部模具和下部模具，其中上部模具具有上部模具斜端面、形成于上部模具斜端面上的上部模具内孔和形成于外圆面上的上部模具外孔，下部模具具有下部模具斜端面、形成于下部模具斜端面上的下部模具内孔和形成于外圆面上的下部模具外孔；