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

有效

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• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109374374B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設計）人: 牛子豪;朱珍德;闕相成
• 申請（專利權）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

本發(fā)明公開了一種基于3D打印技術的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法，包括步驟1，柱狀節(jié)理巖體的物理性質獲取；步驟2，柱狀節(jié)理格柵模型建立；步驟3，柱狀節(jié)理格柵模具打印；步驟4，原生節(jié)理面添加；步驟5，柱狀節(jié)理試樣制備和步驟6，內部裂紋監(jiān)測。本發(fā)明通過3D打印技術打印柱狀節(jié)理格柵，通過樹脂模擬柱狀巖體，達到制作各向異性且具有較好可視化程度的柱狀節(jié)理試樣，整個試樣的制作過程不需要打磨切割。本方法克服了3D打印試樣帶來的均一化問題以及節(jié)理在打磨過程中的開裂問題。

技術領域

本發(fā)明涉及巖石力學與工程技術領域，特別是一種基于3D打印技術的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法。

背景技術

柱狀節(jié)理巖體廣泛分布于我國的西南地區(qū)，是一種包含多種原聲節(jié)理的各向異性的復雜巖體。由于進行現(xiàn)場試驗費用較高且很難得到工程所需的全部力學參數(shù)，國內外學者普遍使用混凝土、石膏以及樹脂等相似材料進行室內試驗。然而，制備含有大量節(jié)理且符合試驗要求的試樣較為困難，在打磨以及切割過程中極易造成試樣開裂，且制備的柱狀節(jié)理試樣可視化程度低，即使配合CT掃描儀也無法準確的觀察到試樣內部裂紋的開展過程。

公告號為CN106908289A的中國發(fā)明專利，公開了“一種柱面含充填氣孔的柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法”，雖然在一定程度上克服了柱狀節(jié)理巖體制樣難這個問題，然而卻存在著如下不足：

1.費用極高。

2.完全由3D打印技術打印的柱狀節(jié)理試樣很難反應真實巖體的各向異性。

3.后期打磨、拋光和修平過程，極易造成試樣內部開裂。

4.試樣可視化程度低，無法觀察到試樣內部裂紋的開展過程。

因而，如何快速高效地制作能反應真實柱狀節(jié)理巖體存在的各向異性且具備較高可視化程度的試樣成為柱狀節(jié)理研究目前亟待解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足，而提供一種基于3D打印技術的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法，該基于3D打印技術的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法通過3D打印技術打印柱狀節(jié)理格柵，通過樹脂模擬柱狀巖體，能反應真實柱狀節(jié)理巖體存在的各向異性且具有較好可視化程度。另外，整個試樣的制作過程不需要打磨切割，能克服3D打印試樣帶來的均一化問題以及節(jié)理在打磨過程中的開裂問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種基于3D打印技術的透明類柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法，包括如下步驟。

步驟1，柱狀節(jié)理巖體的物理性質獲取：通過地質雷達以及現(xiàn)場原位試驗獲得柱狀節(jié)理巖體的物理性質；柱狀節(jié)理巖體的物理性質包括柱狀節(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。

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，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，3D打印機根據(jù)重構后的三維模型，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。

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在巖石薄片兩側的細線；細線用于控制巖石薄片在柱狀節(jié)理格柵模具內的傾向與傾角，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。

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恒溫養(yǎng)護，即得到柱狀節(jié)理試樣。