[發明專利]天然巖體硬性結構面三維重構與錨固試驗系統及方法

有效

• 申請號: 201810053945.8
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108414354B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 袁維;李建朋;王偉;李宗鴻;李家欣
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/24;G01N1/28
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 郝偉

本發明提供了一種天然巖體硬性結構面的三維重構與錨固試驗系統及方法，該系統通過激光掃描裝置將掃描到的巖樣硬性結構面兩側巖塊表面形態的高精度點云數據發送到三維打印機；球磨粉碎裝置和固液混合裝置制成原料漿料；三維打印機根據高精度點云數據和預設的貫通孔數據，采用原料漿料，制作出與巖樣硬性結構面兩側巖塊表面形態一致且具有預設貫通孔的巖石胚體；排膠裝置將巖石胚體中多余的樹脂粘結劑排出并固化；高溫煅燒裝置將固化后的巖石胚體進行煅燒，制成錨固巖體，可批量制作幾何形態、力學性質完全相同的含天然結構面形態的人工巖樣，滿足對同一結構面進行多次重復試驗的要求，降低試驗數據的離散性。

技術領域

本發明屬于巖石力學技術領域，尤其涉及天然巖體硬性結構面三維重構與錨固試驗系統及方法。

背景技術

在巖石力學工程領域，結構面是影響巖體穩定性至關重要的因素。在工程實踐中，通常需要對含結構面的巖體進行加固以提高其穩定性，而錨桿錨固技術是一種經濟有效的裂隙巖體加固手段。對巖體天然結構面形態的錨固巖體剪切試驗，對于驗證錨固的穩定性至關重要。尤其是在進行錨固剪切試驗時，需要幾何形態、力學性質完全一致的剪切巖樣用于進行同一結構面的重復性試驗

目前，傳統的制取剪切巖樣的方法一般是從原位取樣，即采集真實的巖體，加工后得到巖樣進行錨固剪切試驗。但是，傳統的方法容易使結構面表面形態破壞、上下盤吻合度差等缺陷，且由于剪切試驗是破壞性試驗，所獲取的式樣只能進行一次試驗，不能針對同一式樣開展批量試驗，導致試驗數據離散。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種天然巖體硬性結構面三維重構與錨固試驗系統及方法，能夠批量制作與天然結構面表面形態完全相同、力學性質近似一致的錨固巖體式樣，可為研究錨桿的復合錨固機理提供必備的試驗條件。

本發明實施例的第一方面，提供了一種天然巖體硬性結構面三維重構與錨固試驗系統及方法，包括：

一激光掃描裝置，與三維打印機連接，用于將掃描到的天然巖樣硬性結構面兩側巖塊表面形態的高精度點云數據發送到所述三維打印機；

一球磨粉碎裝置、一固液混合裝置，分別與所述三維打印機連接，所述球磨粉碎裝置用于將天然巖塊碾碎、磨細，制成原料粉末，所述固液混合裝置將所述原料粉末與樹脂粘結劑混合，制成原料漿料；

所述三維打印機，根據所述高精度點云數據和預設的貫通孔數據，采用所述原料漿料，制作出與所述天然巖樣的硬性結構面兩側巖塊表面形態一致且具有預設貫通孔的巖石胚體；

一排膠裝置，與所述三維打印機連接，用于將所述巖石胚體中多余的樹脂粘結劑排出并固化；

一高溫煅燒裝置，與所述排膠裝置連接，用于將固化后的巖石胚體進行煅燒，制成與所述天然巖樣的硬性結構面兩側巖塊表面形態一致的錨固巖體。

進一步地，所述激光掃描裝置為手持式激光掃描儀。

進一步地，所述三維打印機為陶瓷三維打印機。

進一步地，所述還包括：結構面直剪裝置、應力-應變監測裝置；

所述結構面直剪裝置，與所述高溫煅燒裝置連接，用于將所述錨固巖體進行預設方向壓力剪切滑移試驗；

所述應力-應變監測裝置，與所述結構面直剪裝置連接，用于監測所述錨固巖體進行預設方向壓力剪切滑移過程，并獲取剪切滑移過程中的應力應變數據。

進一步地，所述應力-應變監測裝置包括錨桿，所述錨桿上設有微型應變片和應力傳感器。

本發明實施例的第三方面，提供了一種基于上述的天然巖體硬性結構面三維重構及錨固試驗系統的錨固試驗方法，包括：

激光掃描裝置掃描到天然巖樣硬性結構面兩側巖塊表面形態獲得高精度點云數據；