[發明專利]含隨機結構面網絡的巖體模型3D打印及力學參數獲取方法

在審

• 申請號: 202110324485.X
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113146797A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 黃磊;曹桂乾;唐輝明;譚欽文
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B33Y10/00;G01N1/28;G01N3/08;G01N29/04
• 代理公司: 武漢誠儒知識產權代理事務所(普通合伙) 42265
• 代理人: 邱琳

1.一種含隨機結構面網絡的巖體模型3D打印及力學參數獲取方法，其特征在于包括以下步驟：

S1、采樣含有隨機結構面網絡的天然巖體試樣，獲取天然巖體試樣的結構面網絡三維空間掃描圖像或三維空間分布特征，對天然巖體試樣開展物理力學試驗，獲取含有隨機結構面網絡的天然巖體試樣的力學參數值；

S2、根據天然巖體試樣的結構面網絡三維空間掃描圖像或三維空間分布特征，建立隨機結構面網絡三維數字模型；

S3、取與天然巖體試樣同一采集地點的巖石，對巖石進行粉末化處理，選取膠粘劑，按照隨機結構面網絡三維數字模型進行3D打印，獲得含有結構面網絡的天然巖體試樣的復制模型；

S4、對復制模型開展與步驟S1中天然巖體試樣相同的物理力學試驗，獲取復制模型的力學參數值，與天然巖體試樣的力學參數值進行對比，若不相似，則調整打印方案重新進行3D打印，直至復制模型與天然巖體試樣具有相似的力學性質為止；

S5、采用調整好的打印方案，打印一組復制模型，分別開展物理力學試驗以獲取含隨機結構面網絡的巖體模型的力學參數。

2.根據權利要求1所述的含隨機結構面網絡的巖體模型3D打印及力學參數獲取方法，其特征在于：步驟S1中，天然巖體試樣的結構面網絡三維空間掃描圖像通過CT掃描和圖像處理獲得；結構面網絡三維空間分布特征通過激光掃描識別結構面在二維平面上的分布特征并進行換算估計獲得。

3.根據權利要求1所述的含隨機結構面網絡的巖體模型3D打印及力學參數獲取方法，其特征在于：步驟S1中，結構面網絡三維空間分布特征包括結構面產狀概率分布、結構面隙寬概率分布、結構面尺寸概率分布、結構面密度、結構面粗糙度，物理力學試驗包括單軸壓縮試驗和/或聲波測試，或者包括三軸壓縮試驗和/或聲波測試。

4.根據權利要求1所述的含隨機結構面網絡的巖體模型3D打印及力學參數獲取方法，其特征在于：步驟S2具體包括以下過程：

S201、根據步驟S1獲得的天然巖體試樣的結構面網絡三維空間掃描圖像或三維空間分布特征，建立用于3D打印的隨機結構面網絡三維數字模型；

S202、根據試驗需求，選取3D打印工藝和3D打印設備；

S203、將隨機結構面網絡三維數字模型文件轉換為3D打印設備支持識別的文件格式；

S204、對隨機結構面網絡三維數字模型進行切片處理，設置打印參數，將切片完成后的文件儲存為3D打印機使用的文件格式。

5.根據權利要求4所述的含隨機結構面網絡的巖體模型3D打印及力學參數獲取方法，其特征在于：步驟S202中，3D打印工藝采用立體光固化成型、熔融層積成型、分層實體成型、電子束熔煉、選擇性激光燒結和三維印刷中的一種，選取支持雙組份打印材料或流動性漿體材料進行打印的3D打印設備。

6.根據權利要求1所述的含隨機結構面網絡的巖體模型3D打印及力學參數獲取方法，其特征在于：步驟S4中，將復制模型的力學參數值與天然巖體試樣的力學參數值進行誤差分析，誤差W的計算公式為：

其中，W為誤差，取絕對值；I_t為天然巖體試樣的力學參數值；I_d為復制模型的力學參數值，單位與I_t相同，若誤差W≤5％則說明復制模型與天然巖體試樣具有相似的力學性質。

7.根據權利要求1所述的含隨機結構面網絡的巖體模型3D打印及力學參數獲取方法，其特征在于：步驟S4中，當復制模型與天然巖體試樣的力學參數值不相似，則采用以下方式調整打印方案：若復制模型的強度不足或過高，則采用更換3D打印使用的膠粘劑種類、更改巖石粉末粒徑、更換打印精度更好的3D打印設備以及更改打印參數這幾種手段中的一種或兩種以上，重新進行3D打印，獲得新的復制模型；重復本步驟直至復制模型與天然巖體試樣具有相似的力學性質為止。