[發明專利]基于3D打印技術制備巖石節理剪切流變試驗試樣的方法

在審

• 申請號: 201810089259.6
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108593373A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 陳有亮;孫浩程;房媛;楊定韜;劉耕云
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

本發明涉及一種基于3D打印技術制備巖石節理剪切流變試驗試樣的方法，其步驟：首先采用CT掃描儀掃描巖石表面，確定節理面的形態和分布，設計節理面曲線，在CAD里建立3D模型，通過3D打印得到節理面三維模型；在銅制模具內壁均勻涂抹一層潤滑油，放入打印好的三維模型；加入配比好的水泥、石英砂及水，靜置約24h后進行拆模，得到半個試樣，分離試樣與巖石節理面三維模型，清理銅制模具表面，并抹好潤滑油；將剛預制好的半個試樣放入模具中，在試件的節理面抹上潤滑油，然后將銅制模具組裝起來，重復過程，得到一個完整的試樣；試樣養護一段時間后，用磨石機打磨試樣的上下端面，得到符合試驗要求的50mm×100mm標準圓柱體試樣。

技術領域

本發明涉及一種采用3D技術制備節理巖石，尤其是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造制備節理巖石。

背景技術

自然界中的巖石作為一種復雜的地質體，在其生成過程以及形成后的各個時期內受到不同的地質作用，巖石內部會產生眾多類型的缺陷，如裂隙、節理、層理、褶皺及弱面等。這些缺陷會對巖石的物理力學性質產生顯著的影響。節理巖石是巖體工程中常遇到的復雜介質，它具有非均質性、各向異性和非連續性等特點，其強度、變形、破壞以及流變等特性，將直接影響巖體工程的設計、施工、運營、穩定和加固方案。現有文獻表明，對巖石節理流變特性的規律很少加以分析，這方面的試驗研究成果更是寥寥無幾，毋庸置疑，這是目前巖石流變特性研究中的重要缺陷。因而，開展巖石節理剪切流變特性的試驗研究，不僅對于分析整個巖體工程的流變特性具有重要的實踐意義，而且能為巖石流變特性理論研究和數值分析提供基礎。然而巖石試樣制備困難是限制巖石流變特性規律研究的主要原因，現有的巖石試樣主要依靠野外取樣后打磨成型，雖然速度快，但是存在著一定缺陷，甚至所得的實驗數據會對實驗者產生誤導，得出錯誤的結論。

對于節理巖石剪切流變試驗來說，因為自然界不存在節理完全相同的兩塊天然巖石，這就使得巖石試驗無法重復進行，另外天然巖石的表面粗糙度也難以確定，所以野外取樣并不可行。

因此，巖石力學試驗領域迫切需要一種比較完善的制備巖石節理剪切流變試驗試樣的方法。

發明內容

針對現有技術中的上述問題，本發明提供了一種基于3D打印技術制備巖石節理剪切流變試驗試樣的方法，該方法以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體，與傳統模具加工相比，最突出的優點就是能直接從計算機模型中生成零件的形狀，無需機械加工或制造模具，從而極大地縮短了生成試樣的時間，提高了制備效率，打印精度高，能夠滿足試驗的嚴密性要求；并可以有效的解決巖體結構面不可重復試驗的問題。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于3D打印技術制備巖石節理剪切流變試驗試樣的方法，具體包括如下步驟：

（１）采用CT掃描儀掃描巖石表面，確定巖石節理面的形態和分布，設計巖石節理面曲線，使用設計好的巖石節理面曲線，在CAD里建立3D模型；

（２）將該3D模型通過3D打印得到巖石節理面三維模型，打印采用熱塑性材料；

（３）在事先準備的銅制模具內壁抹好油，然后在其中放入打印好的巖石節理面三維模型，并在巖石節理面三維模型的節理表面抹好潤滑油，避免試樣拆卸過程中破壞節理面，接著將其組裝好；

（４）加入一定配合比稱量的水泥、石英砂及水，靜置約24h后進行拆模，得到半個試樣，分離試樣與巖石節理面三維模型，清理銅制模具表面，并抹好潤滑油；

（５）將剛預制好的半個試樣放入模具中，在試件的節理面抹上潤滑油，然后將銅制模具組裝起來，重復（４）的過程，得到一個完整的試樣。

（６）試樣養護一段時間后，用磨石機打磨試樣的上下端面，得到符合試驗要求的50mm×100mm標準圓柱體試樣。