1](3)模拟实际裂隙岩体的力学性能配制水泥砂浆制备试样，将配制好的水泥砂浆倒入模具，水泥砂浆在模具内固化成型、形成初具形状的试样;可以通过静置等待水泥砂浆自身固化成型，也可以对装载水泥砂浆的模具进行养护使水泥砂浆更快更优地固化成型；
[0032](4)将装载有初具形状的试样的模具进行烘烤，直至热熔胶完全融化并从裂隙处流出；
[0033](5)将烘烤后装载有试样的模具放入水中浸泡，待模具的水溶性材料部分完全溶解，形成最终形态的试样后，将装载该试样的模具取出并烘干；
[0034](6)将试样脱模、并对试样进行养护，得到具有贯通裂隙的岩体试样。
[0035]本发明将3D打印技术用于制备具有贯通裂隙的岩体试样，通过三维数字空间模型完整表现所制备裂隙岩体试样中裂隙的位置、大小、数量和空间形态，可以精确定位裂隙的位置，控制裂隙的大小，表面粗糙度，充分考虑裂隙的空间形状;同时，采用水溶性材料打印模具中用于形成试样裂隙的部分，模具的水溶性结构部分与试样裂隙的结构一致，可以将试样裂隙完全充填;而且，形成试样裂隙部分的模具与形成试样外部轮廓的部分是一个整体，脱模时不用拔出形成试样裂隙的预制结构，避免了脱模时因拔出预制结构造成的裂隙形状和大小的破坏以及在裂隙周边产生新生裂隙；另外，在模具打印完成后在该部分涂抹热熔胶，热熔胶可以紧密粘在水溶性材料表面，不会在与水泥砂浆的接触过程中脱落，防止构件在与水泥砂浆接触过程中遇水溶解。
[0036]步骤(2)中，可以采用钴铬合金打印模具中用于形成试样轮廓的部分，并在所得模具的该部分表面涂抹热熔胶。
[0037]3D打印通常以ABS、PLA和PVA为原材料，所得模具在水泥砂浆干燥成型的过程中易与水泥砂浆发生粘接，干燥完成后粘接较为牢固，使得成型的试样不能有效脱模，因此3D打印技术很难在岩土工程领域类岩石材料制备方面得到广泛运用。本发明通过采用钴铬合金材料打印制备试样的模具，然后在模具表面涂抹热熔胶，热熔胶在常温下是固体状态，受热后融化，对水泥砂浆的粘结力较强，但与钴铬合金材料的粘结力较弱，因此将热熔胶均匀涂抹在钴铬合金材料模具的表面，水泥砂浆干燥成型的过程中热熔胶紧密粘结在试样表面，阻断了水泥砂浆与模具的粘结，后续可以较为方便的脱模，且脱模时不破坏试样的结构。
[0038]在所得模具用于形成试样轮廓的部分表面涂抹热熔胶时，可控制涂抹的热熔胶的厚度为0.5?0.6mm。此时可以完整的在模具表面模拟实际岩石材料表面的粗糙度，制作出的试样表面的粗糙度与实际材料较为接近。可通过采用高精度的热熔胶枪涂抹热熔胶。将热熔胶放入高精度热熔胶枪内，将热熔胶高温融化，由高精度热熔胶枪的小直径喷口将热熔胶喷出，可以精确的控制热熔胶喷出的体积，涂抹的热熔胶的精度可以控制在0.1mm左右。
[0039]上述步骤(2)中，可在模具底部预留小孔，并将该小孔密封;待试样最终成型后，先将试样裂隙上端密封，然后将装载有试样的模具底部的小孔解除密封，自该小孔向模具内鼓入空气，通过空气压力将试样顶出模具，完成脱模。整个脱模过程方便快捷，且不会破坏裂隙内部结构或者在裂隙周边产生新生裂隙。
[0040]实施例
[0041]以制备某水电站河床坝基处贯通裂隙岩体岩样为例，进一步说明本发明的基于3D打印技术的贯通裂隙岩体试样制备方法，包括如下步骤:
[0042](I)通过查阅该水电站河床坝基处的地质报告资料，确定该处发育的贯通裂隙岩体的裂隙的发育状况，包括裂隙的长度，宽度，空间形态，数量，分布情况，根据相似关系确定岩体试样的体积，裂隙的大小，空间形态，数量及分布情况，并根据试样形状做出与该试样对应模具的三维数字模型，如图2。
[0043](2)将模具的三维数字模型输入双喷头3D打印机，打印机喷头A装入PVA水溶性材料，喷头B装入不溶于水的钴铬合金材料，按照输入的三维数字模型逐层打印模具，其中模具内部用于形成试样裂隙的部分由喷头A用PVA水溶性材料打印，剩余部分由喷头B用钴铬合金材料打印。模具打印完成后在所得模具用于形成试样裂隙部分和试样轮廓部分的表面均匀涂抹0.5?0.6_的热熔胶，保证模具内部形成试样裂隙的结构在与水泥砂浆的接触过程中不会脱落，也不会在模具养护的过程中被溶解，并防止模具与水泥砂浆粘接、阻碍后续脱模;为了方便使用空气压缩装置脱模，在模具底部留有与空气压缩装置出口相同尺寸的小孔，用树脂材料制作的塞子塞住密封。
[0044](3)根据某水电站河床坝基处实际裂隙岩体的力学性能，由相似关系确定制备试样的材料各成分配比，最终确定试样由普通硅酸盐水泥、天然河砂和水按质量比例1:0.5:
0.4混合而成，其中河砂径粒小于1_，加入总质量0.5 %的防渗剂和减水剂加强材料的防渗性能和水泥的流动性、减小孔隙度，加入少许消泡剂减少水泥水化过程中产生的气泡。将水泥砂浆搅拌均匀后倒入模具中，在温度22°C，湿度90%的恒温恒湿箱中养护至水泥砂浆固化成型后，将装载试样的模具放入烘箱中以80°C的温度进行烘烤，热熔胶在高温下融化后从贯通裂隙处流出，将烘烤后的装载试样的模具，放入常温水中浸泡2-4小时，待模具内部形成试样裂隙的部分完全溶解后取出并烘干。
[0045](4)用密封泥将试样裂隙上端密封，将模具底部小孔处的塞子打开，将空气压缩装置出口插入小孔，向模具内鼓入空气，短时间内可以将试样顶出模具，快速脱模，试样脱模后，将密封泥去除，放入温度22°C，湿度90%的恒温恒湿箱中养护33天，试样制备完成。
【主权项】
1.一种基于3D打印技术的贯通裂隙岩体试样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)模拟实际裂隙岩体的几何形态以及该岩体中裂隙的形态和分布，确定用于制作试样的模具的三维数字模型； (2)将该三维数字模型通过3D打印得到模具，其中，用于形成试样裂隙的部分采用水溶性材料打印，并在所得模具的该部分表面涂抹热熔胶，用于形成试样轮廓的部分采用不溶于水的材料打印； (3)模拟实际裂隙岩体的力学性能配制水泥砂浆制备试样，将配制好的水泥砂浆倒入模具，水泥砂浆在模具内固化成型、形成初具形状的试样； (4)将装载有初具形状试样的模具进行烘烤，使热熔胶完全融化并从裂隙处流出； (5)将烘烤后装载有试样的模具放入水中浸泡，使模具的水溶性材料部分完全溶解，形成最终形态的试样，将装载有该试样的模具取出并烘干； (6)脱模、养护，得到试样。2.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的贯通裂隙岩体试样的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，采用钴铬合金打印模具中用于形成试样轮廓的部分，并在所得模具的该部分表面涂抹热恪胶。3.根据权利要求2所述的基于3D打印技术的贯通裂隙岩体试样的制备方法，其特征在于，在所得模具用于形成试样轮廓的部分表面涂抹的热熔胶的厚度为0.5?0.6mm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于3D打印技术的贯通裂隙岩体试样的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在模具底部预留小孔，并将该小孔密封;步骤(6)中，先将试样裂隙上端密封，然后将所述小孔解除密封，自该小孔向模具内鼓入空气，将试样顶出模具，完成脱丰旲。5.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的贯通裂隙岩体试样的制备方法，其特征在于，所述水溶性材料为PVA材料。
【专利摘要】本发明涉及一种基于3D打印技术的贯通裂隙岩体试样的制备方法，包括如下步骤：(1)模拟实际裂隙岩体，确定制作试样的模具的三维数字模型；(2)通过3D打印得到模具，用于形成试样裂隙的部分采用水溶性材料打印，在所得模具的该部分表面涂抹热熔胶，其余部分采用不溶于水的材料打印；(3)模拟实际裂隙岩体的力学性能，配制水泥砂浆制备试样，配制后倒入模具，水泥砂浆固化成型、形成初具形状的试样；(4)烘烤装载试样的模具，热熔胶完全融化并从裂隙处流出；(5)烘烤后放入水中浸泡，模具的水溶性材料部分完全溶解，形成最终形态的试样，取出烘干；(6)脱模、养护，得到试样。本发明适用于制备不同结构类型的贯通裂隙岩体试样。
【IPC分类】G01N1/28
【公开号】CN105628470
【申请号】CN201511018137
【发明人】巢志明, 王环玲, 徐卫亚, 贾朝军, 闫龙, 向志鹏, 杨兰兰, 赵恺, 夏季
【申请人】河海大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月29日