[发明专利]基于3D打印技术的裂隙岩体试件的制样模具及制样方法

说明书

本发明公开了基于3D打印技术的裂隙岩体试件的制样模具及制样方法，所述制样模具包括底座、柱体和裂隙板，所述底座为上端开口下端封闭的中空结构，柱体与底座的中空部分配合连接，所述裂隙板位于柱体内，所述裂隙板用于在制作岩体试件时构建岩体的裂隙。所述制样方法包括如下步骤，根据被模拟的真实岩体的参数，运用Blender软件建立制样模具的三维数字模型，通过3D打印得到制样模具，根据真实裂隙岩体的力学性质配置水泥砂浆，将水泥砂浆倒入模具，将模具放置在常温空气中至少36小时，试件成型后拆模养护至少28天，把试件放入干燥箱内烘烤至少4小时，得到岩体试件。本方法制得的岩体试件能够较为完整的反映岩体内部的裂隙，便于后续研究裂隙岩体的物理力学性质。

技术领域

本发明涉及裂隙岩体试件制备的技术领域，尤其涉及基于3D打印技术的裂隙岩体试件的制样模具及制样方法。

背景技术

随着我国水电、交通、铁道、能源、矿山、军工等领域的基础设施建设进入高速发展期，出现一大批规模宏大地质条件极为复杂的重大工程，而非连续面的力学行为在一定程度上决定了这些工程岩体结构的安全性。因此，急需开展、加强有关裂隙岩体力学性质及其破坏机理的基础研究工作。在普遍定义中，岩石与岩体的重要区别就是岩体中含有裂隙面，裂隙面破坏了岩石自身的完整性和连续性，岩体的强度要远低于岩石强度。由于岩体是地质历史作用的产物，并遭受到后期地壳运动和地球外部应力的重新塑造，具有一定的岩石组成和裂隙网络。尽管目前实验室制备岩体裂隙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。

考虑到天然岩体试样结构的复杂性与取样难度，一般很难通过真实的岩体试样对其的力学变形特性与破坏规律进行研究，通常采用自制裂隙岩体模型来替代天然岩体试样，现有的制作模具在浇筑和振捣过程中容易冲击到裂隙成型板，因此难以稳定控制裂隙的倾斜角度等参数，而且现有的制样模具不能快捷、精确地调整裂隙成型板的倾斜角度。因此对于制备不同裂隙倾斜角度的模型而言，其操作非常不方便。同时由于裂隙倾斜角度的波动、以及角度的不精确，也无法确保后续试验和数值计算的准确性，因此需要一种即实用又能保证模拟岩体裂隙角度的模具来实现试件的制备。

现有含裂隙岩体模型试样在制作过程中存在不足之处，一是其一般考虑单裂隙或者简单空间形态的二维裂隙，针对三维空间裂隙的研究较少，通常不能充分考虑裂隙的空间形态，考虑裂隙的走向、倾向、倾角；二是模具形状单一，不易拆卸和拼装。西部地区各类工程的特点主要是深挖和深埋，所遇岩体一般结构复杂，地应力高、渗透压力高。为更好地揭示裂隙岩体的工作特性，测试其在不同状态下的破坏特征及相应的变形、强度参数、裂隙扩展，故需要制作标准的裂隙岩体试样。但上述方法极为浪费人物力、制样周期较为漫长。不同裂隙角度需求模具不同，并且其中的不可控因素较多。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的第一个技术问题是：设计一种能稳定控制裂隙的倾斜角度参数，并能快速拆卸的模具。

本发明要解决的第二个技术问题是：发明一种能尽可能模拟真实裂隙岩体物理力学性质的岩体试件的制作方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于3D打印技术的裂隙岩体试件的制样模具，包括底座、柱体和裂隙板；

所述底座为圆形柱体结构，且底座为上端开口下端封闭的中空结构；

所述柱体为圆柱管结构，所述柱体的下端与底座中空部分间隙配合；

所述裂隙板位于柱体内，所述裂隙板的轴线与柱体的下表面有夹角；

所述裂隙板的两端沿裂隙板的轴线设有两个固定杆，所述每个固定杆的一端与裂隙板固定连接，每个固定杆的另一端与柱体的内圆柱面固定连接。