[發明專利]一種3D打印模型樁及砂雨法試驗制作裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201610289067.0
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105887944B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 彭懷風;孔綱強;孟珍珠;李輝;郝耀虎
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種3D打印技術，主要適用于巖土工程模型試驗等技術領域，尤其是涉及一種3D打印模型樁及砂雨法試驗制作裝置及其使用方法。

背景技術

樁基縮尺模型試驗是研究樁基礎承載特性，分析樁-土相互作用機理的最重要手段之一；能為相關樁基礎設計、施工與計算提供參考依據。樁基縮尺模型試驗技術手段也一直得到廣大科技工作者的廣泛使用，并取得了良好的效果；但是，常規縮尺模型試驗中材料制作及布置上無法得到精準的控制(比如，樁周土體的均勻性布置、復雜樁型的模型樁制作工藝復雜且耗時長、樁-土接觸面容易在制作過程中受到影響、復雜的布樁形式常規方法由于空間不夠而無法制備等)，從而影響相關模型試驗結果的精度和可參考價值。

本發明之前，專利號為ZL201510374179.1的中國發明專利“一種3D打印物理相似模擬模型實驗臺及應用方法”，公開了一種利用3D打印機構進行模型鋪設、加壓開挖機構進行物理相似模擬實驗研究復雜地質構造下礦產采動情況模擬；申請號為201410744393.7的中國發明申請“應用3D打印技術的柱狀節理巖體相似材料試樣的制備方法”，公開了一種柱狀節理巖體相似材料試樣的制備方法；這兩種技術方案中均利用3D打印技術針對模擬材料形成含節理的巖體相似材料。專利號為ZL201310697608.X的中國發明專利“一種建筑物梁構件的3D打印方法”，公開了一種結合水泥基材料的3D打印建筑物梁構件及其養護的技術方案；專利號為ZL201410009382.4的中國發明專利“一種塔式3D打印機及其打印方法”，公開了一種結合塔吊機、水泥基材料的3D打印建筑物的技術方案；這兩種技術方案均結合水泥基材料施工建筑物及其構件。但是，已有的技術方案都是針對模擬巖體材料、水泥基材料等凝結材料，而尚未有針對散體材料的均勻性制配方面的技術方案，更沒有結合散體材料和凝結材料同時制作的3D打印技術。

因此，針對目前常規樁基模型試驗材料制作及樁、土布置方法中存在的不足與缺陷；結合3D打印技術，針對復雜樁基模型試驗情況，開發一種快速、精準制作與布置，樁周土體精準均勻性布置的技術方案，顯得尤為重要。

發明內容

發明目的：為了克服上述不足和缺陷，解決常規樁基縮尺模型試驗中存在的樁周土體填筑不均勻，尤其是模型樁附近、復雜樁型的模型樁制作工藝復雜且耗時長、樁-土接觸面容易在制作過程中受到影響、復雜的布樁形式常規方法由于空間不夠而無法制備的問題，提出一種3D打印模型樁及砂雨法試驗制作裝置及其使用方法；通過3D打印技術進行復雜模型樁的澆筑與精準布置，并同時利用3D打印技術精準控制砂土相對密實度進行砂雨法填筑樁周土體。

技術方案：為了實現上述目的，本發明提供一種3D打印模型樁及砂雨法試驗制作裝置，包括：承重臺、模型槽、模型樁打印設備、砂土法填筑設備和控制設備；所述模型槽設置在承重臺上，為所述模型樁打印設備、砂土法填筑設備提供平臺；所述模型樁打印設備包括空間位移控制組件和模型樁材料供應組件，所述空間位移控制組件包括：外環形滑軌及Z11滑軌、Z12滑軌、X1滑軌和移動部件；所述外環形滑軌通過滑軌支架固定在承重臺上；外環形滑軌與Z11滑軌之間，Z11滑軌與X1滑軌之間，X1滑軌與Z12滑軌之間分別通過移動部件連接；所述模型樁打印設備的模型樁材料供應組件包括：用于盛放料漿的料池和料漿泵以及連通兩者的輸料管，所述料漿泵位于所述Z12滑軌的末端，其下方設置有出料口；所述移動部件、料漿泵分別與所述控制設備電連接；所述砂土法填筑設備包括撒砂操作組件和砂材供應組件；所述撒砂操作組件包括：內環形滑軌及Z21滑軌、Z22滑軌、X2滑軌及移動部件，所述內環形滑軌通過滑軌支架固定在承重臺上；內環形滑軌與Z21滑軌之間，Z21滑軌與X2滑軌之間，X2滑軌與Z22滑軌之間分別通過移動部件連接；所述砂材供應組件包括：砂池和出砂口以及將兩者連通的輸砂管；出砂口位于所述Z22滑軌的末端。

其中，所述料漿泵內設置有加熱裝置，控制材料的溫度范圍為10～50℃。

其中，所述料池內設置有攪拌裝置，其功率為100～300W，攪拌速度為360～720r/min。

其中，所述模型槽和承重臺的材料為鋼材、有機玻璃或鋼化玻璃，所述內環形滑軌和外環形滑軌、滑軌支架的材料為鋼材或鋁合金。

進一步，本發明還提供一種3D打印模型樁及砂雨法試驗制作裝置的使用方法，包括以下步驟：

(1)利用三維制圖軟件設計模型樁的形狀、尺寸以及布置結構，以及模型樁的樁周土體分層與相對密實度；