含随机结构面网络的岩体模型3D打印及力学参数获取方法

本发明涉及一种含随机结构面网络的岩体模型3d打印及力学参数获取方法，属于岩石力学领域。

背景技术：

岩体中发育的随机结构面网络显著影响岩体力学行为，如变形和破坏，从而危害岩体工程安全和使用寿命。开展含有结构面网络的岩体力学参数值的获取工作成为实际需求，为此，需要多个相同的能够进行重复试验的岩体随机结构面网络样本。实际中不同地点即使是相邻地点的结构面网络几何特征和力学性质也不尽相同，因此，需要一种能够实现重复再现岩体随机结构面网络的技术和基于此技术生成的模型的力学参数获取方法。

3d打印技术的兴起为实现重复再现岩体随机结构面网络提供了一个可能途径。前人多采用如聚乳酸pla、光敏树脂等材料进行3d打印岩石样本，但因其强度不足或脆性较低等缺点无法模拟真实岩体；另有一部分人以水泥、石膏等为原材料进行3d打印，也无法精准模拟岩体矿物成分，让获得可靠的岩体力学参数成为困难。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种含随机结构面网络的岩体模型3d打印及力学参数获取方法，解决了现有打印材料无法精准模拟天然岩体结构的问题，能够实现重复再现岩体随机结构面网络，进而获得可靠的含有随机结构面网络的岩体力学参数。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种含随机结构面网络的岩体模型3d打印及力学参数获取方法，包括以下步骤：

s1、采样含有随机结构面网络的天然岩体试样，获取天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像或三维空间分布特征，对天然岩体试样开展物理力学试验，获取含有随机结构面网络的天然岩体试样的力学参数值；

s2、根据天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像或三维空间分布特征，建立随机结构面网络三维数字模型；

s3、取与天然岩体试样同一采集地点的岩石，对岩石进行粉末化处理，选取胶粘剂，按照随机结构面网络三维数字模型进行3d打印，获得含有结构面网络的天然岩体试样的复制模型；

s4、对复制模型开展与步骤s1中天然岩体试样相同的物理力学试验，获取复制模型的力学参数值，与天然岩体试样的力学参数值进行对比，若不相似，则调整打印方案重新进行3d打印，直至复制模型与天然岩体试样具有相似的力学性质为止；

s5、采用调整好的打印方案，打印一组复制模型，分别开展物理力学试验以获取含随机结构面网络的岩体模型的力学参数。

步骤s1中，天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像通过ct扫描和图像处理获得；结构面网络三维空间分布特征通过激光扫描识别结构面在二维平面上的分布特征并进行换算估计获得。

步骤s1中，结构面网络三维空间分布特征包括结构面产状概率分布、结构面隙宽概率分布、结构面尺寸概率分布、结构面密度、结构面粗糙度，物理力学试验包括单轴压缩试验和/或声波测试，或者包括三轴压缩试验和/或声波测试。

步骤s2具体包括以下过程：

s201、根据步骤s1获得的天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像或三维空间分布特征，建立用于3d打印的随机结构面网络三维数字模型；

s202、根据试验需求，选取3d打印工艺和3d打印设备；

s203、将随机结构面网络三维数字模型文件转换为3d打印设备支持识别的文件格式；

s204、对随机结构面网络三维数字模型进行切片处理，设置打印参数，将切片完成后的文件储存为3d打印机使用的文件格式。

步骤s202中，3d打印工艺采用立体光固化成型、熔融层积成型、分层实体成型、电子束熔炼、选择性激光烧结和三维印刷中的一种，选取支持双组份打印材料或流动性浆体材料进行打印的3d打印设备。

步骤s4中，将复制模型的力学参数值与天然岩体试样的力学参数值进行误差分析，误差w的计算公式为：

其中，w为误差，取绝对值；it为天然岩体试样的力学参数值；id为复制模型的力学参数值，单位与it相同，若误差w≤5％则说明复制模型与天然岩体试样具有相似的力学性质。

步骤s4中，当复制模型与天然岩体试样的力学参数值不相似，则采用以下方式调整打印方案：若复制模型的强度不足或过高，则采用更换3d打印使用的胶粘剂种类、更改岩石粉末粒径、更换打印精度更好的3d打印设备以及更改打印参数这几种手段中的一种或两种以上，重新进行3d打印，获得新的复制模型；重复本步骤直至复制模型与天然岩体试样具有相似的力学性质为止。

步骤s5具体包括以下过程：

s501、采用调整好的打印方案，打印一组复制模型；

s502、取复制模型，开展单轴压缩试验，以获取单轴抗压强度、弹性模量和泊松比；

s503、取复制模型，开展声波测试试验，获取动弹性模量、动泊松比、动剪切模量、动拉梅系数和动体积模量；

s504、取复制模型，开展三轴压缩试验以获取内聚力、内摩擦角和摩擦系数。

步骤s5还包括获取复制模型的软化系数和冻融系数。

本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：

(1)本发明提供的一种含随机结构面网络的岩体模型3d打印及力学参数获取方法能够准确地模拟天然岩体结构，进而可以更加有效地研究含有随机结构面网络岩体的力学性质；

(2)本发明提供的一种含随机结构面网络的岩体模型3d打印及力学参数获取方法可重复再现岩体随机结构面网络，获得多个相同的含有随机结构面网络的岩体模型，便于开展多组试验，克服了天然岩体试样无法开展多种破坏试验的弊端；

(3)本发明提供的一种含随机结构面网络的岩体模型3d打印及力学参数获取方法通过多组试验获取此模型的不同力学参数，有利于充分掌握含有随机结构面网络岩体的力学性质。

附图说明

图1是本发明提供的一种含随机结构面网络的岩体模型3d打印及力学参数获取方法的流程示意图。

图2是本发明获取天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像或三维空间分布特征以及对天然岩体试样开展物理力学试验获取其力学参数的过程示意图。

图3是本发明根据天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像或三维空间分布特征建立三维数字模型并进行切片处理的过程示意图。

图4是本发明进行岩石粉末化处理，选取胶粘剂并进行3d打印工作获得天然岩体试样复制模型的过程示意图。

图5是本发明对复制模型开展物理力学试验，并将复制模型与天然岩体试样在力学性质上进行对比的过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种含随机结构面网络的岩体模型3d打印及力学参数获取方法，参照图1，包括以下步骤：

s1、采样含有随机结构面网络的天然岩体，对其进行ct扫描获取扫描图像，并对扫描图像进行图像处理以获取结构面网络三维空间扫描图像；或对其进行激光扫描获取点云数据，识别结构面并统计在二维平面上的分布特征，进而通过换算估计结构面网络三维空间分布特征，包括但不限于结构面产状概率分布、结构面隙宽概率分布、结构面尺寸概率分布、结构面密度、结构面粗糙度等，并对天然岩体试样开展物理力学试验，包括但不限于单轴压缩试验、三轴压缩试验、声波测试等，根据试验需求和试验条件而定，获取含有随机结构面网络的天然岩体试样的力学参数值。

参照图2，步骤s1中，获取天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像或三维空间分布特征，以及对天然岩体试样开展物理力学试验获取其力学参数值的具体过程为：

s101、采样含有随机结构面网络的天然岩体，岩石可以为任意种类，包括但不限于页岩、砂岩、泥岩、石灰岩、大理岩、白云岩等，可以根据试验要求，将天然岩体试样进一步加工成圆柱体或立方体；

s102、使用ct扫描设备扫描天然岩体试样，获取含有随机结构面网络的天然岩体试样的扫描图像，并对扫描图像进行图像加强、图像滤波、图像切割等处理，进而获得天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像；

进一步地，利用ct扫描技术可以获得天然岩体试样的三维空间扫描图像，原理是ct扫描图像反映的是x射线在穿透天然岩体试样过程中能量衰减的信息，且能量衰减程度与天然岩体试样的内部结构和密度有关。这些信息以不同的灰度值呈现在扫描图像中，以此反映对x射线的吸收程度，图像中灰度值较小(即颜色较深)的区域对x射线的吸收程度低，则该区域对应的岩体密度低于灰度值较大的区域，因此三维ct扫描图像能够真实的反映出天然岩体试样内部的随机结构面网络空间分布特征。

但是由于ct扫描分辨率的限制，通过ct扫描获取的图像具有分辨率低、对比度差等缺点，因此需要对扫描图像进行处理以获取清晰的天然岩体试样的三维空间扫描图像。图像处理的具体内容包括图像加强、图像滤波、图像分割等，之后再经过三维计算便可获得含有结构面网络的天然岩体试样的三维数字模型。

(1)图像增强

由于扫描过程中仪器参数设置等影响，获取的扫描图像对比度不高，需要进行图像增强处理，主要方法有直方图增强法、灰度变换增强法等，目的是将原来对比度低的图像变得清晰，改善图像质量，扩大ct图像中孔隙与骨架之间的灰度差异，直至满足三维数字模型分割及后续分析的需要。

(2)图像滤波

图像滤波的目的是在尽量保留扫描图像特征的条件下消除扫描过程中产生的噪声。相关滤波方法有中值滤波、各向异性扩散滤波、非局部均值滤波等，可根据实际情况，选择一种或多种滤波方法对扫描图像进行处理，以达到较好的图像去噪效果。

(3)图像分割

通过扫描图像获取结构面网络三维数字模型，其中三维数字模型的骨架与孔隙的合理分割是岩体微观结构定量表征的一个关键步骤。图像分割有阈值分割法、分水岭算法等，其中阈值分割法是图像处理中常用的方法，该方法直接利用图像的灰度特性，用固定阈值将扫描图像的灰度直方图分成两部分，认为图像中灰度值在同一部分的像素属于同一物理相，但当灰度差异不明显或不同目标灰度值有重叠时分割效果较差。与传统的阈值分割方法不同，分水岭算法是基于图像的区域特性来分割图像，该方法将边缘检测与区域生长相结合，能够较为准确的确定骨架与孔隙的边界，合理分割图像。具体方法可根据实际情况灵活选用。

此外，也可以采用激光扫描设备对天然岩体试样表面进行扫描，获取点云数据，根据点云数据识别结构面并统计在二维平面上的分布特征，进而通过换算估计结构面网络三维空间分布特征，包括但不限于结构面产状概率分布、结构面隙宽概率分布、结构面尺寸概率分布、结构面密度、结构面粗糙度等；

s103、对天然岩体试样开展物理力学试验，试验内容包括但不限于单轴压缩试验、三轴压缩试验、声波测试等。需要注意的是，天然岩体试样具有唯一性，因此破坏试验仅能开展一种，根据试验要求和试验条件而定，获得含有随机结构面网络的天然岩体试样的力学参数值，以备步骤s4所需。

s2、根据步骤s1获取的天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像或三维空间分布特征，利用计算机辅助建模软件，建立用于3d打印的随机结构面网络三维数字模型；选取符合需求的3d打印设备，并将其模型文件转换为3d打印设备支持识别的文件格式，利用切片软件对三维数字模型进行切片处理，设置打印参数，如打印材料、层高、填充率、打印速度等。

参照图3，步骤s2中，根据天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像或三维空间分布特征建立随机结构面网络三维数字模型并对其进行切片处理的具体过程为：

s201、根据步骤s1获得的天然岩体试样的结构面网络三维空间扫描图像或三维空间分布特征，利用计算机辅助建模软件如blender、unigraphicsnx、seamless3d、3dmax、solidworks、cad等，采用逆向建模方法建立用于3d打印的随机结构面网络三维数字模型；

在此过程中，尽可能地使随机结构面网络三维数字模型与天然岩体试样的三维空间扫描图像一致；或与结构面网络三维空间分布特征一致，主要表现为结构面产状概率分布一致、结构面隙宽概率分布一致、结构面尺寸概率分布一致、结构面密度一致、结构面粗糙度一致等；

s202、根据试验需求，采取恰当的3d打印工艺和3d打印设备，要求3d打印设备能够利用双组份打印材料进行打印，或可利用流动性浆体材料进行打印；

3d打印工艺主要有以下几种：

1、立体光固化成型(stereolithographyapparatus，sla)工艺，该工艺利用液态光敏树脂在紫外线激光束的照射下进行光聚合反应而快速固化成型；

2、熔融层积成型(fuseddepositionmodeling，fdm)工艺，该工艺可利用abs树脂、橡胶等成型材料的热熔性将丝状材料融化喷出进行打印成型，要求材料浆体的流动性好、粘度低、熔融温度低、粘结性好；

3、分层实体成型(laminatedobjectmanufacturing，lom)工艺，该工艺根据三维模型的横截面信息对薄膜材料进行激光切割，将切割所得的层面逐层粘接为三维实体，打印材料为纸、塑料薄膜等；

4、电子束熔炼(electronbeammelting，ebm)工艺，该工艺运用电子束的热性能将金属粉末完全融化后再凝固成型，打印材料多为钛铝、钴铬等合金材料；

5、选择性激光烧结(selectivelasersintering，sls)工艺，该工艺是采用激光束根据三维模型的截面数据对粉末材料进行照射熔融、冷却凝固成层，之后经过层层堆叠形成成型实体。其打印材料较为广泛，包括合金粉末、石蜡粉末、陶瓷粉末、覆膜砂粉末等多种加热后粘度升高的粉末材料；

6、三维印刷(threedimensionprinting，3dp)工艺，该工艺采用胶粘剂对粉末材料进行粘结成型，3dp工艺的材料主要涉及成型材料以及胶粘剂材料，包括陶瓷粉末、铝、钛等合金粉末、abs、pla、塑料粉末、砂粉末等；

本实施例采用的最佳选择为三维印刷(3dp)工艺，其次熔融层积成型(fdm)工艺也可以进行改良使用，3d打印设备的选择应满足3d打印工艺的需求；

s203、将随机结构面网络三维数字模型文件转换为3d打印设备支持识别的文件格式，如stl/obj/rp/amf/bmp/3dmf/gcode等文件格式，其中最常用的是stl和gcode格式，可根据具体的3d打印设备进行相应的文件格式转换操作；

s204、使用切片软件如cura、simplify3d、slic3r、repetierhost、makerbot等对三维数字模型进行切片处理，即生成打印机能识别的数据流格式文件；将文件导入与3d打印设备匹配的切片软件中，进行切片参数的设置，如打印材料、层高、填充率、打印速度、打印质量等。将切片软件参数设置好以后，对模型进行分层切片，依据特定的加工方向将三维数字模型分层处理为若干薄层，将切片完成后的文件储存为3d打印机能够直接读取并使用的文件格式，如gcode格式。

s3、在天然岩体试样的同一地点采取岩石，对其进行粉末化处理，并选取合适的胶粘剂种类，制备3d打印原材料；之后将切片处理完成的模型文件导入到3d打印设备中，进行3d打印工作，对打印出来的模型进行养护和后处理，获得含有结构面网络的天然岩体试样的复制模型；

参照图4，步骤s3中，进行岩石粉末化处理并选取胶粘剂种类，进行3d打印工作的具体过程为：

s301、岩石粉末化处理。在天然岩体试样的同一地点采取与天然岩体试样相同种类的岩石，然后利用岩石破碎机(如颚式破碎机、圆锥破碎机等)将天然岩体进行破碎，获得小颗粒的岩石碎屑，之后利用磨粉机(如雷蒙磨粉机、hgm超细磨粉机、scm系列超细磨粉机、球磨机等)对岩石碎屑进一步研磨，获得岩石粉末。最后利用选粉机将岩石粉末进行筛分，得到满足试验要求的岩石粉末。其中，可以根据试验要求选择不同的研磨精度，岩石粉末的尺寸可从纳米级到毫米级不等，满足试验要求即可；

s302、选定合适的胶粘剂。根据试验要求和岩石种类，选取合适的岩石粉末胶粘剂，胶粘剂应能够将岩石粉末进行有效的粘结，并能使固化后的模型具有较高的强度。胶粘剂的种类包括但不限于环氧树脂类胶粘剂、聚氨酯类胶粘剂、有机硅类胶粘剂、聚酰亚胺类胶粘剂、丙烯酸酯类胶粘剂、环氧-酚醛型胶粘剂、水泥、水玻璃等；

s303、将切片处理完成的文件传输到3d打印设备中，设置3d打印设备的相关参数，将相应的打印材料(岩石粉末和胶粘剂)输送到3d打印设备中，进行含有结构面网络岩体复制模型的相关打印工作，并将打印出来的模型进行养护和后处理，获得含有结构面网络的天然岩体试样的复制模型。

s4、对复制模型开展与天然岩体试样相同的物理力学试验，包括但不限于单轴压缩试验、三轴压缩试验、声波测试等，获取复制模型的力学参数值，并将其与天然岩体试样的力学参数值进行对比，若不相似，则分析原因，调整打印方案如胶粘剂种类、打印精度等，直至打印的复制模型与天然岩体试样具有相似的力学性质；

参照图5，步骤s4中，对复制模型开展物理力学试验，并将复制模型与天然岩体试样在力学性质上进行对比的具体过程为：

s401、对复制模型开展与步骤s2中天然岩体试样相同的物理力学试验，获取复制模型的力学参数值；

s402、将复制模型的力学参数值与天然岩体试样的力学参数值进行对比评价，采用误差w作为评判标准，误差w的计算公式如下：

式中，w为误差，取绝对值；it为天然岩体试样的力学参数值，如抗压强度、内摩擦角、内聚力等；id为复制模型的力学参数值，如抗压强度、内摩擦角、内聚力等，单位与it相同；

若误差w≤5％，则证明该3d打印方案可用于含有随机结构面网络的天然岩体的准确复制，若误差w＞5％，则说明复制模型与天然岩体试样的力学性质有差距，不能准确复制含有随机结构面网络的天然岩体试样，则分析原因，调整打印方案如胶粘剂种类、打印精度等来获取更精准的含有随机结构面网络的天然岩体复制模型，直到满足w≤5％为止；

可能造成误差的原因及调整方案如下：

若复制模型的强度不足，则考虑更换胶粘剂种类，选取粘合效果更好的胶粘剂再次进行3d打印工作，获得复制模型；或更改岩石粉末粒径，研磨、筛选更加精细的岩石粉末进行3d打印工作，获得复制模型；或更改打印精度，选择打印精度更高的打印设备进行3d打印工作，以获取更高的强度；或更改打印参数，以满足打印需求；

同理，若打印模型的强度过高，则考虑更换胶粘剂种类、更改岩石粉末粒径、调整打印精度或打印参数，以使复制模型更加接近真实的天然岩体试样；

此外，还可以通过预先获得更为准确的天然岩体试样三维空间扫描图像或三维空间分布特征等手段以获得更加符合实际情况的复制模型；

根据实际情况分析原因，采取相应的手段以获取更为精确的复制模型。

s403将调整好的打印方案作为最终的打印方案。

s5、采用调整好的打印方案，打印多个复制模型，分别开展各项物理力学试验以获取含有随机结构面网络的岩体模型的力学参数，包括但不限于开展单轴压缩试验以获取单轴抗压强度、弹性模量和泊松比，开展三轴压缩试验以获取内聚力、内摩擦角和摩擦系数，开展声波测试以获取密度、动弹性模量、动泊松比、动剪切模量、动拉梅系数、动体积模量等，此外，还可通过开展其他试验相应地获取此模型的软化系数、冻融系数等力学参数，各项试验应按照相关规范要求进行，以此表征模型的力学性质；

步骤s5中，开展各项物理力学试验以获取含有随机结构面网络的岩体模型的力学参数的具体步骤为：

s501、根据步骤s1至s4确定的打印方法、材料、参数和三维空间结构数字模型打印多个相同的复制模型并养护成型；

s502、取复制模型，开展单轴压缩试验，以获取单轴抗压强度、弹性模量和泊松比等力学参数。本试验所需的主要仪器和设备包括：静态电阻应变仪、电阻应变片、测量平台、单轴压缩试验机等。

具体试验过程为：

本实施例中采用电阻应变片法，也可采用千分表法进行试验。首先选择适宜的电阻应变片，同一试件所选定的工作片与补偿片的规格、灵敏系数等应相同，电阻值允许偏差为0.2ω；贴片位置选择在试件中部相互垂直的两对称部位，以相对面为一组，分别粘贴轴向、径向应变片，并应避开结构面，贴片位置应打磨平整光滑，并用清洗液清洗干净；将应变片牢固地粘贴在试件上，轴向或径向应变片的数量可采用2片或4片，其绝缘电阻值不应小于200mω，在焊接导线后，对应变片作防潮处理；之后将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使试件受力均匀，并测取初始读数；采用一次连续加载法，以每秒0.5mpa～1.0mpa的速度加载，逐级测读载荷与各应变片应变值直至试件破坏，记录破坏载荷，测值不宜少于10组，获得复制模型在单轴压缩试验下的应力-应变关系曲线，并以破坏时的最大应力值作为此模型的单轴抗压强度；

单轴抗压强度应按下式进行计算：

式中：r-单轴抗压强度，单位mpa；

p-破坏荷载，单位n；

a-试件截面积，单位mm²；

平均弹性模量和平均泊松比应分别按下列公式计算：

式中：eav-平均弹性模量，单位mpa；

μav-平均泊松比；

σa-应力-应变关系曲线上直线段始点的应力值，单位mpa；

σb-应力-应变关系曲线上直线段终点的应力值，单位mpa；

εla-应力为σa时的轴向应变值；

εlb-应力为σb时的轴向应变值；

εda-应力为σa时的径向应变值；

εdb-应力为σb时的径向应变值；

割线弹性模量及相应的泊松比应分别按下列公式计算：

式中：e50-割线弹性模量，单位mpa；

μ50-泊松比；

σ50-相当于单轴抗压强度50％时的应力值，单位mpa；

εl50-应力为σ50时的轴向应变值；

εd50-应力为σ50时的径向应变值；

弹性模量值应取3位有效数字，泊松比计算值应精确至0.01；

s503、取复制模型，开展声波测试试验，获取动弹性模量、动泊松比、动剪切模量、动拉梅系数、动体积模量等力学参数。在试验过程中，需要获得发射换能器的发射频率、发射和接收换能器中心间的距离、纵波在试件中行走的时间、横波在试件中行走的时间、仪器系统的零延时等参数，本试验所需的主要仪器和设备包括：测量平台、岩石超声波参数测定仪、纵横波换能器、测试架等。

具体试验过程如下：

首先选用发射换能器的发射频率，应满足下式要求：

式中f-发射换能器发射频率，单位hz；

vp-纵波速度，单位m/s；

d-试件的直径，单位m；

测试纵波速度时，耦合剂可采用凡士林或黄油；测试横波速度时，耦合剂可采用铝箔、铜箔或水杨酸苯脂等固体材料；

本实施例采用直透法进行测试，也可采用平透法进行测试，根据试验要求和试验条件而定，相关试验操作按照规范要求进行。对非受力状态下的直透法测试，应将试件置于测试架上，换能器应置于试件轴线的两端，并应量测两换能器中心距离。应对换能器施加约0.05mpa的压力，测读纵波或横波在试件中传播时间，受力状态下的测试，宜与单轴压缩变形试验同时进行。直透法测试结束后，应测定声波在不同长度的标准有机玻璃棒中的传播时间，应绘制时距曲线，以确定仪器系统的零延时，也可将发射、接收换能器对接测读零延时；使用切变振动模式的横波换能器时，收、发换能器的振动方向应一致；距离应准确至1mm，时间应准确至0.1μs；

分别按下列公式计算模型的纵波速度和横波速度(计算值取3位有效数字)：

式中vp-纵波速度，单位m/s；

vs-横波速度，单位m/s；

l-发射、接收换能器中心间的距离，单位m；

tp-纵波在试件中行走的时间，单位s；

ts-横波在试件中行走的时间，单位s；

t0-仪器系统的零延时，单位s；

模型的各种动弹性参数应分别按下列公式计算：

式中：ed-动弹性模量，单位mpa；

μd-动泊松比；

gd-动刚性模量或动剪切模量，单位mpa；

λd-动拉梅系数，单位mpa；

kd-动体积模量，单位mpa；

ρ-密度，单位g/cm³；

s504、取复制模型，开展三轴压缩试验以获取内聚力、内摩擦角和摩擦系数，本试验所需的主要仪器和设备包括：测量平台、三轴试验机等。具体试验过程如下：

各试件侧压力可按等差级数或等比级数进行选择，最大侧压力应根据试验需要和岩石特性及三轴试验机性能确定；根据三轴试验机要求安装试件和轴向变形测表，试件应采用防油措施；以每秒0.05mpa的加载速度同步施加侧向压力和轴向压力至预定的侧压力值，记录试件轴向变形值并作为初始值，在试验过程中应使侧向压力始终保持为常数；加载应采用一次连续加载法，以每秒0.5mpa～1.0mpa的加载速度施加轴向载荷，逐级测读轴向载荷及轴向变形，直至试件破坏，并记录破坏载荷，测值不宜少于10组；按照上述步骤对所有试件进行在不同侧压力下的试验，此外应对破坏后的试件进行描述，当有完整的破坏面时，应量测破坏面与试件轴线方向的夹角；

不同侧压条件下的最大主应力应按下式计算：

式中：σ1-不同侧压条件下的最大主应力，单位mpa；

p-不同侧压条件下的试件轴向破坏载荷，单位n；

a-试件截面积，单位mm²；

根据计算的最大主应力σ1及相应施加的围压σ3，在τ-σ坐标图上，以为圆心，以为半径绘制多个莫尔应力圆，作应力圆的包络线，采用最小二乘法或图解法，根据莫尔-库伦强度准则确定岩石在三向应力状态下的抗剪强度参数，应包括内聚力c、摩擦角和摩擦系数f；

抗剪强度参数也可采用下述方法予以确定：以σ1为纵坐标，σ3为横坐标，根据各试件的σ1、σ3值，点绘出各试件的坐标点，并建立下列线性方程式：

σ1＝fσ3+r

式中：f-σ1-σ3关系曲线的斜率；

r-σ1-σ3关系曲线在σ1轴上的截距，等同于试件的单轴抗压强度，单位mpa；

根据参数f、r，莫尔-库伦强度准则参数分别按下列公式计算：

还可通过其他试验相应地获取此模型的软化系数、冻融系数等力学参数，各项试验应按照相关规范要求进行，需要说明的是，除步骤s501外，其他步骤无顺序要求。

本发明提供了一种含随机结构面网络的岩体模型3d打印及力学参数获取方法，可以更加准确地模拟天然岩体结构，进而可以更加有效地研究含有随机结构面网络岩体的力学性质；可以重复再现岩体随机结构面网络，获得多个相同的含有随机结构面网络的岩体模型，便于开展多组试验，克服了天然岩体试样无法开展多种破坏试验的弊端；提供了对含有随机结构面网络3d打印复制模型的力学参数获取方法，通过多组试验获取此模型的不同力学参数，有利于充分掌握含有随机结构面网络岩体的力学性质；本发明对含有随机结构面网络岩体的力学性质的研究具有重要意义。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。