[發明專利]一種仿制天然巖樣的人造實驗樣品制作方法

有效

• 申請號: 202111034682.4
• 申請日: 2021-09-04
• 公開（公告）號: CN113533001B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 蔣力帥;張哲;唐鵬;趙陽;寧建國;蔣邦友
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N23/046
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 王德洋

本申請涉及一種仿制天然巖樣的人造實驗樣品制作方法，其包括以下步驟：現場取樣；樣品掃描：采用CT掃描巖體樣品，并建立巖體樣品的三維模型；支護：成型隧道模型，并設置多個錨桿；孔洞、裂隙模具制作：制作用于形成孔洞、裂隙的巖體模型；3D打印：將三維模型傳輸至3D打印機，通過3D打印機打印巖體樣品的實驗樣品，在3D打印實驗樣品至孔洞或裂隙對應高度和位置時，將巖體模型放置于對應位置未凝固的混凝土或水泥砂漿后，繼續進行3D打?。簧鲜隹锥?、裂隙模具制作包括：根據三維模型中孔洞、裂隙的三維結構，采用溶解性的固體材料制成巖體模型，并且巖體模型為中空結構，在巖體模型的內部填充有溶劑。本申請能夠有效的優化巖體試驗的精準度。

技術領域

本申請涉及工程力學實驗的領域，尤其是涉及一種仿制天然巖樣的人造實驗樣品制作方法。

背景技術

天然巖體通常會經受復雜的地質運動，而在巖體內部往往含有大量的地質缺陷，例如孔洞、充填物、裂隙、節理等。巖體大多沿地質缺陷發生破壞，因此地質缺陷對巖體的變形性質和水力學特性有著重要的影響。在地面和地表開展的各類巖體工程，如隧道、邊坡、洞室中，裂縫影響著各類工程的穩定性和安全性。

許多學者和工程師為了在施工前對地質的力學性質等進行檢測和實驗；同時為了檢測隧道結構的力學性質，常采用力學性質和巖石相似的混凝土、水泥砂漿等材料澆筑成許多具有相同地質缺陷的邊長在50毫米到300毫米之間的長方體形人造實驗樣品來進行實驗。這樣可以保證每次實驗中的人造實驗樣品的材料性能接近實際的巖體性能，實驗結果也更加真實可靠。這種澆筑人造實驗樣品的方法被廣泛采用，促進了巖體性質的室內實驗研究的發展，得出了許多寶貴的結論，但也存在一定的不足之處。

目前澆筑制備人造實驗樣品時，常采用在試塊上人工開鑿預制孔洞的方式實現實驗樣品中地質缺陷的制造，但是這種方法所預制的孔洞往往數量很有限，一般為1～2個，并且大多數是貫通的。但工程現場中的孔洞往往隱含在巖體內部，且數量龐大，這些大量的孔洞對巖體的宏觀變形和強度特征會產生很大影響；并且在對于復雜結構的隧道模型，利用傳統的制作方法很難制作，往往需通過等效的辦法來進行簡化處理，常采用在支護系統中，以一個錨桿和錨索代替原型中的多根錨桿和錨索等。因此，上述技術方案的巖體力學實驗樣品和實際的巖體的力學性質存在較大的差異。

發明內容

為了優化巖體實驗的準確性，本申請提供一種仿制天然巖樣的人造實驗樣品制作方法。

本申請提供的一種仿制天然巖樣的人造實驗樣品制作方法，采用如下的技術方案：

一種仿制天然巖樣的人造實驗樣品制作方法，包括以下步驟：

現場取樣：在需要施工現場取樣巖體樣品；

樣品掃描：采用CT掃描巖體樣品，并建立巖體樣品的三維模型，并確認孔洞、充填物、裂隙在三維模型中的位置；

支護：使用支護裝置成型隧道模型，并在支護裝置上設置多個錨桿；

孔洞、裂隙模具制作：制作用于形成孔洞、裂隙的巖體模型；

3D打?。簩⑷S模型傳輸至3D打印機，通過3D打印機采用混凝土或水泥砂漿打印巖體樣品的實驗樣品，在3D打印實驗樣品至孔洞或裂隙對應高度和位置時，將巖體模型放置于對應位置未凝固的混凝土或水泥砂漿后，繼續進行3D打印，并成型；

上述孔洞、裂隙模具制作包括：根據三維模型中孔洞、裂隙的三維結構，采用溶解性的固體材料制成與孔洞或裂隙一致的巖體模型，并且巖體模型為中空結構，在巖體模型的內部填充有用于溶解巖體模型的溶劑。