[發(fā)明專利]一種模擬含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的透明隧道模型的制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711296321.0
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107976352B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈蓬;姬萬民;崔慶文;王飛燕;張瑤;趙愛成;杜功成
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/36
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李馨

1.一種模擬含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的透明隧道模型的制作方法，其特征在于，采用有機(jī)玻璃管模擬隧道孔道，采用云母片模擬巖石中存在的裂隙，并采用3D打印技術(shù)制作復(fù)雜裂隙模型模擬圍巖中復(fù)雜的裂隙網(wǎng)絡(luò)，具體制作步驟如下：

(1)制備隧道模型的框架模具

采用有機(jī)玻璃板作為隧道模型的框架模具，將5塊玻璃立板組成頂部開口的盒子；根據(jù)預(yù)制備的隧道孔道模型、以及圍巖中的裂隙模型和復(fù)雜裂隙模型的數(shù)量、尺寸，以及裂隙、復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)與隧道孔道的相對位置關(guān)系，通過CAD制圖預(yù)先設(shè)計出隧道孔道模型、裂隙模型和復(fù)雜裂隙模型在有機(jī)玻璃板框架模具中的定位，并在對應(yīng)的玻璃板上設(shè)計隧道孔道模型、裂隙模型和復(fù)雜裂隙模型的定位孔，然后根據(jù)CAD制圖設(shè)計，通過激光切割在有機(jī)玻璃板框架模具上制作出隧道孔道模型、裂隙模型和復(fù)雜裂隙模型的定位孔；

(2)制備隧道孔道和裂隙模型

按確定的隧道孔道和裂隙數(shù)量和尺寸，制備相應(yīng)的有機(jī)玻璃管模型和不同片狀形狀的云母片模型來模擬隧道孔道和裂隙；

(3)3D打印制備隧道模型圍巖中的復(fù)雜裂隙模型

通過二維結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)生成2D數(shù)字圖像，利用極射赤平投影法與玫瑰花圖對裂隙進(jìn)行統(tǒng)計分析,基于ProE三維制圖軟件按照統(tǒng)計特征與各自分布規(guī)律的概率密度函數(shù)構(gòu)建圍巖中復(fù)雜的裂隙網(wǎng)絡(luò)的三維裂隙結(jié)構(gòu)模型，采用3D打印機(jī)進(jìn)行圍巖中復(fù)雜裂隙模型的制作，打印材料使用聚乳酸高分子塑料；

(4)隧道模型的定位

利用牽線法定位作為隧道孔道模型的有機(jī)玻璃管和作為裂隙模型的不同片狀形狀的云母片，并且在隧道孔道模型的周圍預(yù)設(shè)各種位置的包括不同形狀的貫通節(jié)理、非貫通節(jié)理以及與隧道孔道軸向夾角不同的裂隙；具體如下：

利用步驟(1)中有機(jī)玻璃板上切割制作的隧道孔道模型定位孔和裂隙模型定位孔，采用柔軟的棉線順次穿過每個隧道孔道模型定位孔及定位于有機(jī)玻璃板框架模塊內(nèi)的有機(jī)玻璃管隧道孔道模型，同樣，采用柔軟的棉線順次穿過每個裂隙模型定位孔以及定位于有機(jī)玻璃板框架模塊內(nèi)的不同片狀形狀的云母片裂隙模型,將棉線端部牢固的粘貼在有機(jī)玻璃板上，3D打印的圍巖中復(fù)雜裂隙模型同樣采用柔軟的細(xì)棉線順次穿過每個復(fù)雜裂隙模型定位孔以及定位于有機(jī)玻璃板框架模塊內(nèi)的復(fù)雜裂隙模型；

從而在有機(jī)玻璃板的框架模具內(nèi)定位作為隧道孔道模型的有機(jī)玻璃管、作為圍巖中裂隙模型的云母片和作為復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)模型的3D打印的復(fù)雜裂隙模型，脫模后形成裂隙、復(fù)雜裂隙模型和隧道孔道相互作用的透明隧道模型；

(5)隧道模型的成型

量取和配置不飽和樹脂材料，澆筑步驟(4)中的隧道模型框架模具；澆筑時為避免產(chǎn)生氣泡，應(yīng)采用導(dǎo)棒引流的方式流入框架模具，將澆筑過后的框架模具放入20℃恒溫干燥箱中固化12小時，待隧道模型具有一定強(qiáng)度之后可拆模，先將有機(jī)玻璃板框架模具除去，然后采用拉拔的方式，將隧道孔道模型的有機(jī)玻璃管拆除，云母片和3D打印的復(fù)雜裂隙模型作為預(yù)制裂隙和復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)保留在圍巖中；

脫模后隧道模型放入恒溫干燥箱中，恒溫75℃養(yǎng)護(hù)12小時，這樣就完成模擬含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的透明隧道模型的全部制作過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的透明隧道模型的制作方法，其特征在于，所述的隧道模型的定位步驟中隧道孔道模型在框架模具中的定位，框架模具的一側(cè)有機(jī)玻璃板上設(shè)置有機(jī)玻璃管隧道孔道模型插入孔，其相鄰兩側(cè)的有機(jī)玻璃板上設(shè)置隧道孔道模型定位孔，采用柔軟的棉線順次穿過每個隧道孔道模型定位孔，有機(jī)玻璃管隧道孔道模型插入有機(jī)玻璃板框架模具內(nèi)且尾端固定搭載在有機(jī)玻璃板上的插入孔內(nèi)，另一端固定搭載在有機(jī)玻璃板框架模具內(nèi)的定位棉線上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的透明隧道模型的制作方法，其特征在于，所述的制備隧道孔道和裂隙模型步驟中，所述的有機(jī)玻璃管模型長度為玻璃板框架模具寬度的1/4、2/4、3/4、4/4。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的模擬含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的透明隧道模型的制作方法，其特征在于，為方便拆模，所述的作為隧道孔道模型的有機(jī)玻璃管的長度，長于待制備的隧道孔道模型5mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬含復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的透明隧道模型的制作方法，其特征在于，為方便拆模，所述的作為框架模具的有機(jī)玻璃板和作為隧道孔道模型的有機(jī)玻璃管上涂上脫模劑。