一种柱状节理岩体物理模型的制作方法

本实用新型属于岩石力学与工程技术领域，具体涉及一种柱状节理岩体物理模型。

背景技术：

目前制作柱状节理岩体物理模型的方法通常是先用类岩石石膏混合材料或水泥砂浆制作柱体，再用水泥浆粘接，而天然状态下柱状节理岩体各柱体之间的连接主要靠柱体间的相互挤压以及摩擦力，因此现有制作方法不能较好地反映柱体之间的相互作用。另外，已有制作方法不能一次成型，需要二次加工，加工过程中产生的振动可能会在柱体中产生损伤，并破坏柱体间的连接，进而可能影响后续的力学特性试验结果。同时，为方便二次加工，柱体材料选择了强度较低的建筑石膏，其强度要远远低于岩块的强度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种更接近天然状态下柱状节理岩体的结构特性的柱状节理岩体物理模型。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种柱状节理岩体物理模型，包括模具框架，模具框架包括蜂窝状排列的六面柱腔体，六面柱腔体与竖直面的夹角为0°-90°，六面柱腔体内紧密填充有柱体。

优选地，所述模具框架由熔点低于100℃的低熔点材料或水溶性材料制成。

优选地，所述模具框架的材质为聚己内酯、聚乙烯醇、ABS树脂或石蜡中的一种。

优选地，所述柱体的材质为水泥砂浆、混凝土或建筑石膏中的一种。

优选地，所述六面柱腔体与竖直面的夹角为0°、15°、30°、45°、60°、75°或90°。

优选地，所述六面柱腔体的共同腔壁上设有贯穿的连接孔，六面柱腔体内的柱体通过连接孔相连。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的一种柱状节理岩体物理模型，通过3D制作的模具框架将柱体连接在一起，使得柱体的相互作用更接近天然状态下柱状节理岩体，且制作简单方便。

附图说明

图1是本实用新型柱状节理岩体物理模型的结构示意图。

图2是本实用新型模具框架的结构示意图。

图3是六面柱腔体与竖直面的夹角为0°时模具框架的示意图。

图4是六面柱腔体与竖直面的夹角为15°时模具框架的示意图。

图5是六面柱腔体与竖直面的夹角为30°时模具框架的示意图。

图6是六面柱腔体与竖直面的夹角为45°时模具框架的示意图。

图7是六面柱腔体与竖直面的夹角为60°时模具框架的示意图。

图8是六面柱腔体与竖直面的夹角为75°时模具框架的示意图。

图9是六面柱腔体与竖直面的夹角为90°时模具框架的示意图。

附图标记说明：1、模具框架；2、六面柱腔体；3、柱体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：

如图1和图2所示，本实用新型的柱状节理岩体物理模型，包括模具框架1，模具框架1包括蜂窝状排列的多个六面柱腔体2，六面柱腔体的截面为正六边形。在每个六面柱腔体2内紧密填充有柱体3，柱体的截面也为正六边形。

模具框架1由3D打印技术制成，3D打印时选用低熔点材料(熔点低于100℃最好)或水溶性材料作为3D打印材料。例如聚己内酯、聚乙烯醇、ABS树脂或石蜡等，ABS树脂是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，其是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。

柱体3由水泥砂浆、混凝土或建筑石膏灌注而成。在需要做出更接近真实状况的模型时，还可根据需求选择复合材料等制成，复合材料是由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的多相材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

由于到模具框架本身强度大大低于柱体，对测试的最终数据影响很小，可不去除模具框架直接试压。也可在六面柱腔体2的共同腔壁上设有贯穿的连接孔，六面柱腔体内的柱体通过连接孔相连，从而在试压前通过溶剂溶解或高温熔融等方式去除模具框架后，柱体依然连接在一起。

由于压力试验机只能提供单一方向的力，为了方便研究柱状节理岩体在不同方向受力时的结构变化以及破坏情况，六面柱腔体2与竖直面的夹角可在0°-90°之间变化，从而使得制作出的柱体具有特定的角度。图3至图9分别为六面柱腔体与竖直面的夹角分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°的示意图。

上述柱状节理岩体物理模型的制作过程如下：

首先利用数字建模技术以及3D打印技术制作模具框架，建模时根据实验需要设置六面柱腔体的角度。打印材料选择聚己内酯(POLYCAPROLACTONE AVERAGE MN CA.42500)等低熔点材料(低于100℃)或聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,vinylalcohol polymer)等水溶性3D打印材料。打印出模具框架后在六面柱腔体中灌注水泥砂浆或混凝土，模具框架外部套上套筒直到材料成模。

本专利的的柱状节理岩体物理模型，简化了柱状节理岩体物理模型的制作过程，可以更加真实地模拟天然状态下的柱状节理岩体。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。