一种透光3D注浆试验样本及其制作方法

本发明属于能源岩土工程领域，具体是一种透光3d注浆试验样本及其制作方法。

背景技术：

1、在地下工程中，注浆是修复岩体的主要技术手段，但由于注浆工程具有隐蔽性的特点，导致我们无法直观地了解它的注浆过程；同时岩土体通常赋存于复杂的地质环境中，因此注浆模拟试验成为研究浆液在裂隙内部扩散规律的重要途径。

2、现有技术中，为了能够直观的观察注浆过程，研究者采用了有机玻璃、环氧树脂等透光性材料制作岩体裂隙的方法，以此实现直观观察注浆过程。但环氧树脂的力学性能差，以及有机玻璃的难加工性，都是导致目前可视化注浆试验难以进一步发展的因素。

3、文献“地下工程动水注浆过程中浆液扩散与封堵机理研究及应用”（博士论文，张霄，山东大学，2011）中提出利用有机玻璃建造了裂隙动水注浆物理模型试验台。但是，有机玻璃表面光滑，导致试验不能模拟裂隙粗糙度对注浆过程的影响。

4、文献“浆液在透明复制裂隙中驱替行为的可视化试验研究”（张乐、杨志兵、李东奇等《岩土力学》，2023,44(06):1708-1718.）中提出利用翻模环氧树脂材料的方法制作粗糙裂隙样本，但环氧树脂材料的力学性能与实际岩体相比相差较大，导致试验模拟的地下岩体中的注浆过程与实际情况存在差异。

5、可见，目前的注浆试验样本不能在直观观察注浆过程的效果的同时模拟真实岩体的粗糙度和力学性能。因此，如何在注浆试验中既能真实模拟岩体的粗糙度和力学性能，又能使研究者直观观察注浆过程，成为本领域迫切需要解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是如何在注浆试验中真实模拟岩体的粗糙度和力学性能，又能使研究者直观观察注浆过程。

2、为解决上述技术问题，本发明的第一方面提出一种透光3d注浆试验样本，其包括样本本体和形成于样本本体中的用于模拟实际注浆空间的3d注浆流道，其中，样本本体由混凝土和设置于混凝土中的导光材料组成。本发明采用的透光混凝土能很好地模块实际岩土的粗糙度和力学性能，并且，当进行注浆试验时，将样本本体中的导光材料通入光后，注浆的区域能够形成明显的阴影区，这使得研究者能够直观地观察注浆过程。

3、根据本发明的优选实施方式，所述3d注浆流道为模拟的岩体裂隙。

4、根据本发明的优选实施方式，所述导光材料包括光导纤维，光导纤维的端面截止于3d注浆流道的表面。

5、根据本发明的优选实施方式，所述样本本体内部具有支架，所述光导纤维由支架支承。

6、为解决上述技术问题，本发明的第二方面提出一种透光3d注浆试验样本的制造方法，其包括如下步骤：

7、s1、制作注浆试验的样本模具和3d注浆流道模具；

8、s2、将所述3d注浆流道模具放入所述样本模具中；

9、s3、将支承有导光材料的支架放入样本模具中，并使之位于3d注浆流道模具的侧面；

10、s4、调整导光材料在支架中的位置，使导光材料的端部接触于所述3d注浆流道模具；

11、s5、将混凝土浆注入所述样本模具中，并没过所述3d注浆流道模具和所述支架；

12、s6、当混凝土凝固后进行脱模，除去所述样本模具和3d注浆流道模具；

13、s7、去除混凝土表面多余的导光材料后进行打磨、抛光，得到透光3d注浆试验样本。

14、根据本发明的优选实施方式，所述3d注浆流道为模拟的岩体裂隙。

15、根据本发明的优选实施方式，所述3d注浆流道模具由3d打印的树脂材料形成。

16、根据本发明的优选实施方式，所述3d注浆流道模具由至少两个部分拼合组成，每个部分的表面均包括平直面和流道面，当将所述3d注浆流道模具放入所述样本模具中时，所述平直面贴合于所述样本模具的底部，所述流道面朝向所述样本模具的上部开口，以便与导光材料的端部接触。

17、根据本发明的优选实施方式，所述导光材料包括光导纤维，光导纤维的端面截止于3d注浆流道的表面。

18、根据本发明的优选实施方式，所述支架为包括多个网格，所述光导纤维支承于所述网格中。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

20、（1）本发明提出的透光3d注浆试验样本具有透光性，且表面粗糙度和力学性能与实际岩体相似，用于注浆试验可在高度模拟实际岩体的情况下提高注浆试验的可视化效果；

21、（2）本发明提出的透光3d注浆试验样本的制造方法通用性强，适应于岩体裂隙等结构复杂的注浆流道的样本，并可实现批量化生产制作，提高生产效率。

技术特征：

1.一种透光3d注浆试验样本，包括样本本体和形成于样本本体中的用于模拟实际注浆空间的3d注浆流道，其特征在于，所述样本本体由混凝土和设置于混凝土中的导光材料组成。

2.如权利要求1所述的透光3d注浆试验样本，其特征在于：所述3d注浆流道为模拟的岩体裂隙。

3.如权利要求1所述的透光3d注浆试验样本，其特征在于：所述导光材料包括光导纤维，光导纤维的端面截止于3d注浆流道的表面。

4.如权利要求3所述的透光3d注浆试验样本，其特征在于：所述样本本体内部具有支架，所述光导纤维由支架支承。

5.一种透光3d注浆试验样本的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的透光3d注浆试验样本的制造方法，其特征在于：所述3d注浆流道为模拟的岩体裂隙。

7.如权利要求5所述的透光3d注浆试验样本的制造方法，其特征在于：所述3d注浆流道模具由3d打印的树脂材料形成。

8.如权利要求7所述的透光3d注浆试验样本的制造方法，其特征在于：所述3d注浆流道模具由至少两个部分拼合组成，每个部分的表面均包括平直面和流道面，当将所述3d注浆流道模具放入所述样本模具中时，所述平直面贴合于所述样本模具的底部，所述流道面朝向所述样本模具的上部开口，以便与导光材料的端部接触。

9.如权利要求5所述的透光3d注浆试验样本的制造方法，其特征在于：所述导光材料包括光导纤维，光导纤维的端面截止于3d注浆流道的表面。

10.如权利要求9所述的透光3d注浆试验样本的制造方法，其特征在于：所述支架为包括多个网格，所述光导纤维支承于所述网格中。

技术总结
本发明公开了一种透光3D注浆试验样本及其制造方法，样本包括样本本体和形成于样本本体中的3D注浆流道，样本本体由混凝土和设置于混凝土中的导光材料组成。制造方法包括将支承有导光材料的支架放入所述样本模具中，并使之位于3D打印成的注浆流道模具的侧面，调整导光材料在支架中的位置，使其端部接触于3D注浆流道模具，再进行浇筑、脱模、打磨和抛光。本发明的试验样本可在高度模拟实际岩体的情况下提高注浆试验的可视化效果；制造方法通用性强，适应于岩体裂隙等结构复杂的注浆流道的样本，并可实现批量化生产制作，提高生产效率。

技术研发人员：马国伟,张云腾,聂雯,刘雄飞,陈昀,魏成麟
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21