本实用新型属于岩石力学与工程技术领域，具体涉及一种不规则柱状节理岩体试验模型。
背景技术：
柱状节理岩是岩浆喷发后，遇空气冷凝以特殊排列形式分布冷却而形成的。如果熔岩均匀冷却，应形成六方柱状，然而由于岩石非均质，导致熔岩在形成过程中发生了对流和冷却收缩的不均匀性，从而造成了柱面的不规则性，形成含有四面体、五面体和六面体等不规则形状的柱面。
从设计、加工的可实现性方面考虑，目前制作的多为形状规则的六方柱状节理岩模型，其主要制作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。
3D打印技术虽在各个领域得到广泛应用，然而至今仍未研究出采用3D打印技术制作的、更符合天然节理岩状态的不规则柱状节理岩试验模型。
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不规则柱状节理岩体试验模型。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的不规则柱状节理岩体试验模型，主要由若干截面为随机不规则多边形组成的平行柱体粘结构成的圆柱形模型，其直径与高度比为1：2。由于节理面(圆柱形模型的横截面)由随机不规则多边形组成，接近天然状态下的岩体结构。
上述不规则柱状节理岩体试验模型，圆柱形模型节理面随机不规则多边形图案为由随机函数生成的随机点利用Voronoin函数生成的Voronoi图，这样得到的图案更加随机，从而使不规则柱状节理岩体试验模型更接近天然状态下的岩体结构。
上述不规则柱状节理岩体试验模型，所述柱体由水泥浆灌注而成。所述水泥浆由白色硅酸盐水泥和水按照质量比2.25：1混合均匀得到。
上述不规则柱状节理岩体试验模型，所述柱体与竖直面的夹角为0～90°。由于压力试验机只能提供单一方向的力，使柱体与竖直面的夹角在0～90°之间变化，以便于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，。
上述不规则柱状节理岩体试验模型，进一步包括模具框架，模具框架包括用于紧密填充柱体的柱形腔体，相邻两个腔体之间的共同腔壁厚度在0.5～1.4mm之间。
上述不规则柱状节理岩体试验模型，基于3D打印技术制作模具能力高效、精密、制作时间短、成本低等方面的优势，模具框架由3D打印技术制成。打印时选用聚己内酯等低熔点材料或者聚乙烯醇等水溶性3D打印材料。考虑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。
与现有技术相比，本实用新型提供的不规则柱状节理岩体试验模型具有以下有益效果：
1、本实用新型提供的不规则柱状节理岩体试验模型，其节理面由随机不规则多边形组成，接近天然状态下的岩体结构，为研究柱状节理岩体力学、变形和渗流特性提供理想的模型结构；
2、本实用新型提供的不规则柱状节理岩体试验模型，以随机函数生成的随机点利用Voronoin函数生成的Voronoi图作为不规则柱状节理岩体试验模型的节理面随机不规则多边形，使得到的模型结构更加随机，接近天然状态下的岩体结构；
3、本实用新型提供的不规则柱状节理岩体试验模型，基于3D打印技术制作而成，造价低、操作简单，有利于柱状节理岩体模型的大批量制作。
附图说明
图1为本实用新型实施例不规则柱状节理岩体试验模型制备过程中生成的平面Voronoi图；
图2为本实用新型实施例不规则柱状节理岩体试验模型制备过程中采用3D打印技术得到的三维随机不规则柱状节理岩体网络模型示意图；
图3为本实用新型不规则柱状节理岩体网络模型与竖直方向的夹角为β＝0°时模型框架示意图；
图4为本实用新型不规则柱状节理岩体网络模型与竖直方向的夹角为β＝0°～90°之间任意角度时模型框架示意图；
图5为本实用新型不规则柱状节理岩体网络模型与竖直方向的夹角为β＝90°时模型框架示意图；
图6为本实用新型不规则柱状节理岩体试验模型结构示意图。
其中，1-模具框架，2-随机点，3-不规则多边形，4-三维随机不规则柱状节理岩体网络模型。
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：
实施例
本实施例提供的不规则柱状节理岩体试验模型，如图6所示，由若干截面为随机不规则多边形3组成的平行柱体以及模具框架1构成的圆柱形模型，其直径为50mm、高度为100mm。该试验模型的节理面图案为由若干随机点构成的不规则多边形(例如三边形、四边形、五边形等)组成的Voronoi图。
上述模具框架1由3D打印技术制成，具体制作过程为：首先在MATLAB软件中，采用rand随机函数生成范围在100x200mm的随机点2，通过剔除极端点(例如边界以外的点)来控制种子点的距离，然后利用Voronoi函数提取顶点信息生成由随机不规则多边形组成的、尺寸为100x200mm的Voronoi图，如图1所示。然后利用Solidwork软件将Voronoi图拓展生成长、宽、高度为200mm×100mm×200mm的三维随机不规则柱状节理岩体网络模型4，如图2所示，不规则多边形的边扩展为相邻腔体的共同腔壁，壁厚为0.5～14mm。再用一个直径为50mm和与水平线成一定角度的圆柱体切割上述三维随机不规则柱状节理岩体网络模型4，剪切圆柱体的两边使圆柱体高度为100mm，且形成的腔体与垂直方向的角度β为0～90°之间的设定值，即得到不规则柱状节理岩体网络模型模具框架1示意图，如图3至图5所示，其中图3对应β＝0°，图5对应β＝90°，图4对应β＝0°～90°之间任意设定角度时模型框架示意图。最后选择聚己内酯(POLYCAPROLACTONE AVERAGE MN CA.42 500)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，利用3D打印机按照得到的不规则柱状节理岩体网络模型模型框架尺寸打印即得到模具框架1。
得到模具框架后，采用白色硅酸盐水泥与水按照质量比2.25：1混合得到的灌浆材料浇筑模具框架得到柱体模型。柱体成型后通过溶剂溶解或高温熔融等方式脱去模具框架，并养护至达到要求强度，再将脱模后的柱体间隙利用AB胶水进行填充粘结、养护，最终得到整体成型的不规则柱状节理岩体试验模型。
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。