[發(fā)明專利]基于3D打印技術(shù)的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811219682.X
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109374374B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛子豪;朱珍德;闕相成
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;B33Y40/00;B33Y70/00;B33Y80/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

1.一種基于3D打印技術(shù)的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，柱狀節(jié)理巖體的物理性質(zhì)獲取：通過地質(zhì)雷達以及現(xiàn)場原位試驗獲得柱狀節(jié)理巖體的物理性質(zhì)；柱狀節(jié)理巖體的物理性質(zhì)包括柱狀節(jié)理巖體的幾何形狀、幾何尺寸，豎向節(jié)理面的傾向、傾角以及原生節(jié)理面分布情況；將獲取的柱狀節(jié)理巖體的物理性質(zhì)通過沃羅諾伊算法生成二維柱狀節(jié)理圖形，再將生成的二維柱狀節(jié)理圖形結(jié)合現(xiàn)場實測材料得到的節(jié)理貫通情況，得到貫通節(jié)理在試樣體積內(nèi)的占比大小；

步驟2，柱狀節(jié)理格柵模型建立：將步驟1獲取的柱狀節(jié)理巖體的物理性質(zhì)，導入三維建模軟件中，形成柱狀節(jié)理格柵模型；

步驟3，柱狀節(jié)理格柵模具打印：將步驟2建立的柱狀節(jié)理格柵模型導入3D打印機進行三維重構(gòu)，3D打印機根據(jù)重構(gòu)后的三維模型，進行柱狀節(jié)理格柵模具的打印；柱狀節(jié)理格柵模具的3D打印材料選擇水溶性材料摻加發(fā)泡劑；發(fā)泡劑的摻加是為了減少柱狀節(jié)理格柵的力學性質(zhì)，使之更符合柱狀節(jié)理巖體特性；

步驟4，原生節(jié)理面添加：采用原生節(jié)理面添加裝置向步驟3打印的柱狀節(jié)理格柵模具內(nèi)添加原生節(jié)理面；原生節(jié)理面添加裝置包括巖石薄片和設(shè)在巖石薄片兩側(cè)的細線；細線用于控制巖石薄片在柱狀節(jié)理格柵模具內(nèi)的傾向與傾角，使得巖石薄片的傾向與傾角與步驟1中柱狀節(jié)理巖體中豎向節(jié)理面的傾向和傾角相同；巖石薄片具有與步驟1中柱狀節(jié)理巖體的原生節(jié)理面分布情況相同的原生節(jié)理面；巖石薄片的成分為處理過的云母片；

步驟5，柱狀節(jié)理試樣制備：向步驟4添加有原生節(jié)理面的柱狀節(jié)理格柵模具內(nèi)添加融化的透明樹脂溶液，然后將添加有融化透明樹脂溶液的柱狀節(jié)理格柵模具放于恒溫箱內(nèi)恒溫養(yǎng)護，即得到柱狀節(jié)理試樣；

步驟6，內(nèi)部裂紋監(jiān)測：采用裂紋檢測裝置對步驟5制備的柱狀節(jié)理試樣進行裂紋開展過程的檢測與記錄；裂紋檢測裝置包括高清攝像頭和聲發(fā)射裝置，其中，聲發(fā)射裝置與電腦連接；裂紋開展過程檢測時，聲發(fā)射頻率越高，裂紋擴展越劇烈，因此在聲發(fā)射頻率較高時，對柱狀節(jié)理試樣進行CT掃面，然后結(jié)合高清攝像頭，確定柱狀節(jié)理試樣內(nèi)部裂紋開展過程；由于試樣采用透明樹脂為主要材料，可視化程度高，CT掃描結(jié)果輔以高清攝像頭記錄能完整地刻畫試樣內(nèi)裂紋的開展過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印技術(shù)的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法，其特征在于：步驟2中，三維建模軟件為3DMax建模軟件。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印技術(shù)的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法，其特征在于：3D打印機的型號為HRPS-VI。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印技術(shù)的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法，其特征在于：步驟5中，恒溫箱內(nèi)的恒溫養(yǎng)護條件為：在溫度為20±2°、相對濕度標準為95％的條件下，養(yǎng)護28天。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于3D打印技術(shù)的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法，其特征在于：步驟5中，先將添加有原生節(jié)理面的柱狀節(jié)理格柵模具放置于立方體容器中，接著在立方體容器的內(nèi)壁涂抹凡士林，然后再將融化的透明樹脂溶液添加至柱狀節(jié)理格柵模具內(nèi)。