[發明專利]桶狀結構面試樣制作方法及外切內阻式桶狀剪切儀

有效

• 申請號: 202110388355.2
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113237711B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 范志強;汪明元;周奇輝;劉尊景;張瓊方;朱永強;樓永良
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N3/02;G01N3/24
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

本發明涉及一種桶狀結構面試樣制作方法及外切內阻式桶狀剪切儀。本發明的目的是提供一種桶狀結構面試樣制作方法及外切內阻式桶狀剪切儀。本發明的技術方案是：一種桶狀結構面試樣制作方法，包括制作桶狀內試樣外側結構面和與之相適配的環狀外試樣內側結構面，其特征在于：獲取天然巖體結構面上、下盤的的點云數據；基于天然巖體結構面上、下盤的的點云數據構建桶狀內試樣和環狀外試樣的三維模型，其中桶狀內試樣外側結構面由上盤點云數據等比例構型而成，環狀外試樣內側結構面由下盤點云數據等比例構型而成；結合3D打印技術將桶狀內試樣和環狀外試樣的三維模型打印形成桶狀內試樣和環狀外試樣的實體模型。本發明適用于巖體結構面力學行為試驗儀。

技術領域

本發明涉及一種桶狀結構面試樣制作方法及外切內阻式桶狀剪切儀。適用于巖體結構面力學行為試驗儀。

背景技術

直剪儀是巖土體抗剪特性研究的常用試驗儀器，既適用于土體剪切，亦常被用于巖體結構面剪切和土巖接觸面剪切。直剪儀的優點：(1)剪切面形態條件明晰；(2)加載條件直接明快；(3)試驗步驟較為簡捷。但其亦存在如下缺點：(1)只能實現單向短距離剪切，用于獲取峰值強度，卻較難獲得殘余強度；(2)試驗過程中有效剪切面積持續減小，試驗數據需修正。

近年來，山區地質災害頻發，出現了較多大型順層巖質滑坡。該類滑坡通常沿著既有巖層面(或大型巖體結構面)發生大位移剪切破壞，并最終發展為特大型巖體高速遠程滑坡或高速遠距離運移的碎屑流，嚴重威脅了山區人民的生命財產安全。顯然，該動力學過程與結構面(層面)的強度特性息息相關，而該過程中結構面的剪切破壞亦會直接影響其力學強度，力學強度的改變又能反向影響巖體滑坡的動力特征，因此結構面(層面)在長距離剪切過程中的強度變化特性(尤其是殘余強度)研究具有現實意義。

然而目前為止，尚無合適的試驗儀器來研究結構面在長距離單方向剪切過程中的強度力學特性。盡管環剪儀能夠實現單方向長距離剪切，且已在土力學中得到廣泛應用。但對于堅硬的巖體結構面而言，其特點是：(1)表面粗糙形態為既定，難以像土體一樣配置重塑樣；(2)一旦沿單向發生錯動，則剪切方向(該方向上的形貌特征)已既定，不可能發生環繞式剪切。顯然，普通環剪儀的平面環形構造制約了結構面在既定方向上的準確制樣，因而不能如土體一樣采用環剪儀對結構面進行長距離、全過程的剪切力學研究。此外，由于常規環剪儀的結構特征，其剪切面沿徑向分布的剪應力隨徑長的增大而增大，因此設計者通常將環形剪切面尺寸進行限制，以取得剪切面上剪應力近似相等的效果，但其導致了該類環剪儀難以開展大尺寸的剪切試驗。

得益于現代科技發展，高新技術不斷涌現。諸如在幾何形態數據獲取和形態重現方面，三維激光掃描和3D打印等技術已成熟，在多個領域得到了應用。巖體力學研究領域，已有學者采用三維激光掃描技術獲取巖體結構面的形態數據，并將其導入計算機軟件進行精準建模。但是，目前仍較少采用三維激光掃描技術和3D打印技術聯合的方法，對巖體結構面進行實體塑形，以及應用于實體試驗。且當前尚未出現基于平面態結構面的點云數據，對天然結構面進行等比例桶狀3D塑形的理念。

因此，基于當前的實際研究述求，結合現有的高新技術，聯合開發出相應的研究試驗儀器對巖體結構面的長距離剪切力學特性開展研究是有意義的、具有創新性的項目。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種桶狀結構面試樣制作方法及外切內阻式桶狀剪切儀。

本發明所采用的技術方案是：一種桶狀結構面試樣制作方法，包括制作桶狀內試樣外側結構面和與之相適配的環狀外試樣內側結構面，其特征在于：

獲取天然巖體結構面上、下盤的的點云數據；

基于天然巖體結構面上、下盤的的點云數據構建桶狀內試樣和環狀外試樣的三維模型，其中桶狀內試樣外側結構面由上盤點云數據等比例構型而成，環狀外試樣內側結構面由下盤點云數據等比例構型而成；

結合3D打印技術將桶狀內試樣和環狀外試樣的三維模型打印形成桶狀內試樣和環狀外試樣的實體模型。