[發明專利]一種任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣制備方法及裝置

在審

• 申請號: 202110076613.3
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112985960A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 張黎明;齊文濤;朝文文;劉中原;常素玲;叢宇;王在泉
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01N1/36
• 分類號: G01N1/36;G01N1/28
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提供了一種任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣制備方法及裝置，包括：建立裂隙的三維曲面模型和試樣模具的三維曲面模型；基于所述裂隙的三維曲面模型和試樣模具的三維曲面模型，通過3D打印獲得三維裂隙和試樣模具；利用所述三維裂隙和試樣模具，通過填充材料制成任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣；通過函數精確控制三維裂隙的表面形態，實現了裂隙三維化的設計；通過在粗糙裂隙上盤和下盤兩側邊緣固定特定尺寸的上下邊緣擋板，為裂隙空間內的多相流動提供光滑穩定的邊界，實現了任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣制備。

技術領域

本公開屬于巖體工程技術領域，特別適用于跨尺度巖石裂隙考慮節理裂隙平均開度改變、粗糙度影響的實驗研究，具體為基于3D打印的三維曲面裂隙類巖試樣制備方法及裝置。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成現有技術。

在長期地應力作用下，天然巖體中廣泛存在著裂隙。在巖體開挖過程中，受到構造應力及人為擾動的影響，巖體內部的微裂紋、孔洞、裂隙和節理發生擴展、發育和貫通過程后形成宏觀結構面，從而改變巖石的力學性質，對巖體工程、地下工程的穩定性產生重要的影響。

真實的裂隙形態、空間位置復雜多樣，由于三維裂隙試驗開展存在諸多困難，多數研究者一般將裂隙簡化處理成表面平整的矩形、橢圓或圓形薄片，這些裂隙可統稱為平面裂隙。然而從巖石內部信息的CT掃描結果，以及巖石在加載破壞后的破裂面信息掃描結果都顯示：真實裂隙的情況比平面裂隙復雜的多，以平面裂隙來反映裂隙的三維形態特征難免會出現遺漏和局限。

目前國內外有些研究開始關注裂隙的三維形貌，但一般只考慮了裂隙空間位置的三維狀態比如橢圓裂隙在巖樣中心的位置三維化，沒有實現裂隙三維形貌的模擬。關于裂隙空間位置的研究由于局限于平面裂隙，所以控制時多采用對插入式鋼片或平直填充式裂隙的角度控制，針對這種三維裂隙角度的控制鮮少見到。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于3D打印的任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣制備裝置，解決了裂隙三維化及其空間位置容易調節的實際問題。

第一方面，本公開提供了一種任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣制備方法，包括：

建立裂隙的三維曲面模型和試樣模具的三維曲面模型；

基于所述裂隙的三維曲面模型和試樣模具的三維曲面模型，通過3D打印獲得三維裂隙和試樣模具；

利用所述三維裂隙和試樣模具，通過填充材料制成任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣。

第二方面，本公開還提供了一種任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣制備裝置，包括三維裂隙和試樣模具，所述三維裂隙和試樣模具均采用如第一方面所述的任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣制備方法進行制備。

與現有技術對比，本公開具備以下有益效果：

1、本公開采用建立裂隙的三維曲面模型和試樣模具的三維曲面模型；基于所述裂隙的三維曲面模型和試樣模具的三維曲面模型，通過3D打印獲得三維裂隙和試樣模具；利用所述三維裂隙和試樣模具，通過填充材料制成任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣。通過函數精確控制三維裂隙的表面形態，實現了裂隙三維化的設計；通過在粗糙裂隙上盤和下盤兩側邊緣固定特定尺寸的上下邊緣擋板，為裂隙空間內的多相流動提供光滑穩定的邊界，實現了任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣制備。

2、本公開采用包括底座，還包括與底座連接的側墻和頂板的試樣模具；底座、側墻和頂板安裝后形成封閉的密封體；在所述密封體內可實現任意形狀三維曲面裂隙類巖試樣制備，利用3D打印技術實現了任意形狀三維曲面裂隙的制備，以上下邊緣擋板為支撐，于擋板間放置不同規格厚度的剛性墊片，精確改變了粗糙裂隙的平均開度。

本公開附加方面的優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本公開的實踐了解到。

附圖說明