[发明专利]一种基于3D打印预制裂缝的岩板裂缝扩展试验方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印预制裂缝的岩板裂缝扩展试验方法。所述方法包括：含预制裂缝的岩板的设计和3D打印；对含预制裂缝的3D打印岩板进行喷斑处理，使岩板表面斑化；将岩板安装于加载装置上，调整高速摄影相机进行对焦，完成高速摄影相机的标定；开展岩板单轴压缩试验，用高速摄影相机监测岩石变形、裂缝扩展‑贯通直至破坏的动态全过程；基于对岩板标定点的应变监测，分析岩石变形破坏过程中的应力‑应变特征；更换不同规格岩板重复试验，得到含不同预制裂缝的3D打印岩板的细观裂缝扩展‑贯通及破坏机理。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，特别涉及一种基于3D打印技术的岩石力学试验方法。

背景技术

裂隙岩体的变形-破坏规律是关系到岩土工程长期稳定性和相关矿业开采效率的关键科学问题，该过程主要受到岩石基质力学特性、裂缝状态和岩石受力状态的影响。现有的天然岩心板预制裂缝方法，难以克服天然岩石基质孔隙结构、力学性能的非均质性。针对这一不足，本发明公开一种基于3D打印预制裂缝的岩板裂缝扩展试验方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于3D打印预制裂缝的岩板裂缝扩展试验方法，通过综合运用3D打印岩板技术及散斑实验原理，解决了目前岩板裂缝扩展试验中岩心微观结构难以控制的缺陷，同时解决了目前岩板裂缝扩展试验所得实验图像不能满足细观分析需要的缺陷。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：

步骤S1:利用CAD软件设计出120mm×60mm×30mm的长方体岩板，并设计出不同裂缝倾角、开度、间距的单、双裂缝模型，导出含预制裂缝的几何文件并以STL文件格式保存；导入3D打印机制备岩板。

步骤S2：对3D打印岩板进行喷斑处理，在含预制裂缝的3D打印岩板表面上先涂上一层白漆，然后再喷溅细雾状的黑漆而形成散斑，形成高质量的散斑面；通过风干处理，使含预制裂缝的3D打印岩板表面斑化。

步骤S3：将含预制裂缝的3D打印岩板安放于加载装置上，调整相机位置、焦距、光圈，调节照明灯滤光器，使高速摄影相机对焦于被测物体表面，能捕捉到清晰的含预制裂缝的3D打印岩板表面图像；借助数字信息处理技术完成高速摄影相机的标定。

步骤S4：开展含预制裂缝的3D打印岩板的单轴压缩试验，预估3D打印岩板加载试验全程时长，结合高速摄影机的最大照片储存量、成像最大频率，合理设置高速摄影机照相频率和万能试验机加载速率；用高速摄影相机记录岩石变形、裂缝扩展-贯通直至破坏的动态全过程。

步骤S5：提取高速摄影相机记录的3D打印岩板力学加载试验过程图像，基于数字信息处理技术获取图像中各标定点的应变信息，分析岩石变形破坏过程中的应力-应变特征。

步骤S6：将加载试件更换为基质材料及微结构相同，但预制裂缝规格不同的3D打印岩板，在相同加载条件下再次试验，获取到不同预制裂缝规格的3D打印岩板的细观裂缝扩展-贯通及破坏机理。

与传统技术相比，本发明的有益效果在于：

提供了含预制裂缝的3D打印岩板制作与裂缝扩展试验方法，克服了微观结构及力学性能差异对试验结果的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明方法的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步说明。

图1为本发明实施例所述一种基于3D打印预制裂缝的岩板裂缝扩展试验方法流程图。

图2为本发明实施例设计的含预制双裂缝的几何模型图。

图3为本发明实施例高速摄影相机和微机控制电液伺服万能试验机安装示意图。

图4为本发明实施例高速摄影相机所摄3D打印岩板裂缝效果图。

图5为本发明实施例所得细观级3D打印岩板裂缝扩展效果图。