[發明專利]一種用于評估3D打印巖體結構面與天然結構面相似性的方法

在審

• 申請號: 202210281579.8
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114839037A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 李正偉;劉淵;馮夏庭;龍夢成;梅詩明;李歡;高繼開
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/08;G01N3/24;G01B11/24;G01B11/30;G01B11/28;B28B1/00;B33Y10/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 修睿;李洪福

本發明提供一種用于評估3D打印巖體結構面與天然結構面相似性的方法。本發明包括：考慮現場實測的深部工程巖體結構面幾何參數建立深部工程巖體結構面幾何相似準則；考慮現場實測的深部工程巖體結構面力學參數建立深部工程巖體結構面力學相似準則；獲取深部工程巖體天然結構面現場信息；根據現場獲得的結構面幾何與力學參數，基于所述深部工程巖體結構面相似準則，計算獲得模型試驗中結構面的目標相似參數值，考慮設定的幾何相似比，進行深部工程巖體物理模型結構面3D打印制作，打印不同相似材料配比與3D打印參數組合下縮小尺度的工程巖體相似物理模型結構面；3D打印與現場天然結構面的相似性評價。

技術領域

本發明涉及深部巖體工程相似物理模型試驗技術領域，尤其涉及一種用于評估3D打印巖體結構面與天然結構面相似性的方法。

背景技術

受成巖過程、構造運動及風化作用的影響，工程巖體內部常發育有不同尺度、不同類型、不同性質的結構面，如節理、斷層、褶皺、層間錯動帶等。結構面的存在使得巖體的物理、力學屬性顯著區別于完整巖石，表現出強烈的非均質性、非連續性與各向異性特征。對結構面的物理、力學屬性開展深入系統的研究，對于深部巖體工程的安全施工與運營具有重要意義。

相似物理模型試驗是深部巖體工程研究的重要手段，該方法通過將工程現場的地質構造、地質環境條件(地應力、地下水、地溫)等概化到縮小尺度的模型體上，并模擬現場工程活動，如隧道開挖、礦山開采、水庫蓄水等，借助多元信息監測手段，研究工程巖體的失穩破壞及工程災害的孕育演化過程。完備的相似理論是相似物理模型試驗結果科學性的有效保證，已有的相似理論主要針對完整巖石材料建立，對于物理模型試驗中人工構建的結構面與天然結構面的相似性評價問題，尚缺少系統的方法。

近年來，鑒于3D打印技術可以快速、便捷地制作出結構復雜的三維實體，因而在巖體結構面重構方面得到了一定程度的應用。如專利[CN109520798A]公布了一種基于3D打印的多尺寸、多角度結構面試樣拼接式模具的制作方法。專利[CN104807685A]公布了一種利用3D打印制作含特定幾何特征結構面的節理試樣方法。專利[CN201810053945.8]公布了一種天然巖體硬性結構面三維重構與錨固試驗系統及方法。專利[CN201510048083.6]公布了一種巖石硬性結構面模型材料及其使用方法。但上述已有成果均是針對巖樣結構面進行等比例重構，所制作的人工結構面與天然結構面幾何尺度、力學性質一致，屬于試樣尺度(厘米級)巖石力學范疇，所解決的是巖石試樣結構面試驗中平行試樣的制備問題。而相似物理模型試驗中，現場大尺度天然結構面縮尺至室內小尺寸人造結構面后的相似性評價方法未曾涉及。此外，這些方法多采用PLA材料3D打印結構面模具，再采用人工澆筑的方式制備試樣，其本質是模具的3D打印，并非巖體結構面的3D打印。物理模型試驗領域，專利[CN202011216339.7]公布了一種大型三維深部復雜工程地質模型智能化3D打印方法，但未涉及3D打印結構面與天然結構面的相似性評價方法。

綜上所述，在相似材料物理模型試驗技術領域，尚未見到特別針對3D打印深部工程巖體物理模型結構面與工程現場巖體天然結構面相似性評價的系統方法，無法評估室內工程巖體物理模型所制作的結構面在幾何、力學屬性上是否與天然結構面相似，大大降低了含有結構面的工程巖體物理模型試驗結果的科學性與可信度。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種用于評估3D打印巖體結構面與天然結構面相似性的方法，通過構建深部工程巖體結構面幾何相似準則與力學相似準則，實現基于3D打印技術的工程巖體物理模型結構面與現場天然結構面的相似性評價，為含結構面工程巖體物理模型試驗的精細化開展提供理論支撐與技術保障。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種用于評估3D打印巖體結構面與天然結構面相似性的方法，包括如下步驟：

步驟1、考慮現場實測的深部工程巖體結構面幾何參數建立深部工程巖體結構面幾何相似準則；考慮現場實測的深部工程巖體結構面力學參數建立深部工程巖體結構面力學相似準則；