一种基于3D打印技术的含内置裂隙的类岩石试样制备方法与流程

本发明涉及一种基于3d打印技术的含内置裂隙的类岩石试样制备方法，属于土木工程、水利水电工程技术领域。

背景技术：

岩石是天然材料，其内部含有大量的节理、裂隙和微裂纹。由于岩石所含裂隙个数，角度及空间位置不同，从而导致岩石力学性能的复杂性。岩体内的原生裂隙是影响岩体抗压强度和稳定性的重要因素，对工程危害性较大。因此，针对岩石内置裂隙扩展机理及研究具有十分重要的工程意义。

天然岩石内部十分复杂，很难通过人工机械钻取的方式得到理想的内置裂隙的岩石试样，实验过程中也难以清楚的观测到裂纹的萌生和扩展过程（岩石的非透明性所致）。虽然有多种针对岩石预制裂隙试样的制备方法，但大多属于表面或穿透裂隙，难以制备包含在试样内部的裂隙。

技术实现要素：

为了解决现有岩石试样制备方法中难以制作内置裂隙的问题，本发明提供了一种类岩石材料内置裂隙试样的制备方法。采用该制备方法制作出来的含内置裂隙试样，可以精确描述内置裂隙的倾角、长度、数量和间距等裂隙岩体的基本特征。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于3d打印技术的含内置裂隙的类岩石试样制备方法，包括如下步骤：

（1）所述类岩石试样选用的材料是具有良好透明性的不饱和树脂，采用3d打印的加工方法，在试验过程中清楚地观察并拍摄到预制裂缝的扩展、贯通全过程；

（2）依据所确定的内置裂隙倾角、宽度、长度、数量和间距等裂隙几何参数，以及试样形状，运用计算机建立含裂隙的三维数字空间模型；确定所建立的内置裂隙在类岩石试样中的几何尺寸和位置；

（4）将三维数字空间模型输入到具有一次成型的3d打印设备中，并准备好3d打印所用的光敏树脂材料；运用3d打印设备制作含有内置裂缝的类岩石试样；3d打印机扫描的空间点阵由三维数字空间模型确定，打印设备扫描到的空间点阵范围内的光敏树脂材料由液体变为固体，而未扫描到的地方仍为液体；

（5）对制作的试样进行残留液体抽取工作；在不影响实验结果的位置，钻取能够通达残留液体且直径小于1毫米的小孔，将未成型的光敏树脂液体抽出，从而形成内置裂隙。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：（1）本发明采用的是3d打印设备来制作含内置裂隙的类岩样，和传统方式相比在加工上存在很大优势，并且可以制作含内置的单裂隙，多裂隙，多角度类岩样；（2）本发明采用的材料是一种透明性良好的脆性不饱和树脂，此树脂性质与真实岩石较为接近，能真实反映裂隙岩体的基本特征，所以采用该材料制作的含内置裂隙的类岩样，能够更好地研究裂隙的萌生和扩展过程；（3）本发明的制备方法可以制作内置闭合裂隙类岩石试样，制作的岩样裂隙不仅与天然裂隙的符合度更高，而且还能直观清楚地观察到裂隙所处位置，角度等情况，填补了传统岩石制备方法不能制作内置闭合裂隙岩样的空白；（4）依据本发明的制备方法可以制作出具有各向同性的类岩石试样。

附图说明

图1是一条倾角为45℃、椭圆体的闭合裂隙正视图。

图2是一条倾角为45℃、椭圆体的闭合裂隙俯视图。

图3是一条倾角为45℃、椭圆体的闭合裂隙侧视图。

图4是两条倾角为45°，长为20mm、深为5mm、宽度为2mm，裂隙垂直间距为10mm的内置裂缝类岩样正视图。

图5是两条倾角为45°，长为20mm、深为5mm、宽度为2mm，裂隙垂直间距为10mm的内置裂缝类岩样俯视图。

图6是两条倾角为45°，长为20mm、深为5mm、宽度为2mm，裂隙垂直间距为10mm的内置裂缝类岩样侧视图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的可制作微小以及闭合节理的岩石试样制备方法进行详细说明。

图1、2、3示出了一条倾角为45℃、椭圆体的闭合裂隙图。制备一条倾角为45℃、椭圆体的闭合裂隙，包括如下步骤：

（1）确定几何模型尺寸。试样尺寸为φ50mm×100mm，裂隙条数n=1，倾角α=45℃，椭圆形裂隙的长轴为20mm，短轴为5mm；，裂隙宽度为2mm。裂隙位于试样的中心位置。

（2）根据所确定的模型尺寸，运用计算机建立相应的三维数字空间模型。

（3）将三维数字空间模型输入到具有一次成型的3d打印设备中，并准备好3d打印所用的光敏树脂材料。运用3d打印设备制作含有内置裂缝的类岩石试样。

（4）对制作的试样进行残留液体抽取工作。从试样高度方向的中间部位，钻取能够通达残留液体且直径小于1毫米的小孔，将未成型的光敏树脂液体抽出，从而形成内置裂隙。

图4、5、6示出了两条倾角为45°，长为20mm、深为5mm、宽为2mm，裂隙垂直间距为10mm的内置裂缝类岩样图。制备含两条倾角为45°，长为20mm、深为5mm、宽度为2mm，裂隙垂直间距为10mm的内置裂缝类岩样，包括如下步骤：

（1）运用计算机建立相应的三维数字空间模型。

（2）将所建立的三维数字空间模型输入到具有一次成型的3d打印设备中，并准备好3d打印所用的光敏树脂材料。运用3d打印设备制作含有内置裂缝的类岩石试样，得到两条倾角为45°，间距10mm的两条裂缝。

（3）对制作的试样进行残留液体抽取工作。分别在高度方向上两个裂隙的中间部位专区通达残留液体且直径小于1毫米的小孔，将未成型的光敏树脂液体抽出，从而形成两条内置裂隙。

技术特征：

技术总结
一种基于3D打印技术的含内置裂隙的类岩石试样制备方法，属于土木工程、水利水电工程技术领域。类岩石试样制备方法采用3D打印设备来制作含内置裂隙的类岩样，可以制作含内置的单裂隙，多裂隙，多角度类岩样；采用的材料是一种透明性良好的脆性不饱和树脂，此树脂性质与真实岩石较为接近，能真实反映裂隙岩体的基本特征，制作的含内置裂隙的类岩样能够更好地研究裂隙的萌生和扩展过程；制备方法可以制作内置闭合裂隙类岩石试样，制作的岩样裂隙不仅与天然裂隙的符合度更高，而且还能直观清楚地观察到裂隙所处位置，角度等情况，填补了传统岩石制备方法不能制作内置闭合裂隙岩样的空白；可以制作出具有各向同性的类岩石试样。

技术研发人员：唐世斌;乔盼盼
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2018.01.20
技术公布日：2018.07.03