[發(fā)明專利]一種深部硬巖相似材料可3D打印性能評(píng)估試驗(yàn)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210882380.0
• 申請(qǐng)日: 2022-07-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115201066A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮夏庭;梅詩(shī)明;李正偉;高繼開(kāi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N11/12
• 分類號(hào): G01N11/12;G01N5/00;G01N33/24
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

本發(fā)明提供一種深部硬巖相似材料可3D打印性能評(píng)估試驗(yàn)方法，涉及深部工程物理模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。該方法首選確定深部硬巖相似材料可3D打印性能需要滿足初凝時(shí)間要求、可擠出性要求及自支持能力要求；再對(duì)深部硬巖相似材料通過(guò)多次試驗(yàn)添加緩凝劑，使深部硬巖相似材料滿足初凝時(shí)間要求；對(duì)滿足初凝時(shí)間要求的深部硬巖相似材料通過(guò)多次試驗(yàn)添加保水劑，使深部硬巖相似材料滿足可擠出性要求；最后判斷同時(shí)滿足初凝時(shí)間要求和可擠出性要求的深部硬巖相似材料是否滿足自支持能力要求，如果滿足則評(píng)估試驗(yàn)結(jié)束，否則對(duì)滿足可擠出性要求的深部硬巖相似材料通過(guò)多次試驗(yàn)繼續(xù)添加保水劑，使深部硬巖相似材料滿足自支持能力要求，完成評(píng)估試驗(yàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及深部工程物理模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種深部硬巖相似材料可3D打印性能評(píng)估試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技與社會(huì)的快速融合發(fā)展，礦山開(kāi)采、交通隧道建設(shè)、水電開(kāi)發(fā)等工程進(jìn)一步向深部發(fā)展，向地球深部進(jìn)軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問(wèn)題，由此誘發(fā)的深部復(fù)雜地質(zhì)工況下的安全問(wèn)題日益突出。

物理模型試驗(yàn)可以很好地模擬人類工程活動(dòng)(采礦、TBM開(kāi)挖等)而誘發(fā)深部工程硬巖災(zāi)害孕育全過(guò)程，并可借助多元監(jiān)測(cè)信息設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模型內(nèi)部變形及破裂的三維時(shí)空演化特征，進(jìn)而揭示其發(fā)生機(jī)制。而精細(xì)化制作與深部復(fù)雜工程巖體具有相似的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)特征的三維物理模型，是成功開(kāi)展室內(nèi)模型試驗(yàn)破解深部工程安全問(wèn)題的重要基礎(chǔ)。

3D打印技術(shù)的推廣與應(yīng)用為復(fù)雜物理模型的制作提供了新的手段。基于濕料擠出沉積成型工藝的3D打印技術(shù)逐漸開(kāi)始在物理模型制備中流行。如，專利[CN108638289A]一種大型復(fù)雜地質(zhì)物理模型3D成型系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套大型復(fù)雜地質(zhì)物理模型3D成型機(jī)；專利[CN202011216339.7]公布了一種大型三維深部復(fù)雜工程地質(zhì)模型智能化3D打印方法。但上述成果是針對(duì)打印設(shè)備的研制及模型的打印方法，而并未涉及打印過(guò)程對(duì)材料性能的要求，也并未建立一套系統(tǒng)的深部硬巖相似材料可打印性能調(diào)控及評(píng)估方法。區(qū)別于傳統(tǒng)的模型制備方法(澆筑法、塊體堆砌法)，3D打印是通過(guò)逐層制造的方式來(lái)構(gòu)建三維實(shí)體。因此，深部硬巖相似材料3D打印成型過(guò)程對(duì)材料的性能提出了更高的要求。配制能夠與3D打印機(jī)具有良好適應(yīng)性和兼容性的深部硬巖相似材料是實(shí)現(xiàn)物理模型精細(xì)化打印的基礎(chǔ)。打印材料需具備合理的初凝時(shí)間、可擠出性及一定的自支持能力，以便能夠被順利輸送、擠出、成型。

綜上所述，在深部工程物理模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尚未見(jiàn)到特別針對(duì)用于評(píng)估深部硬巖相似材料可3D打印性能評(píng)價(jià)的系統(tǒng)方法，無(wú)法統(tǒng)一評(píng)估深部硬巖相似材料的流動(dòng)性、可擠出性及自支持能力是否滿足打印設(shè)備對(duì)材料可打印性能的要求，大大增加了打印材料的制備難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種深部硬巖相似材料可3D打印性能評(píng)估試驗(yàn)方法，基于3D打印分層制造過(guò)程的特點(diǎn)，明確打印工藝對(duì)材料可3D打印性能的三個(gè)要求：合理的初凝時(shí)間、可擠出性及自支持能力；通過(guò)多次試驗(yàn)確定添加化學(xué)試劑的量，使深部硬巖相似材料具備合理的初凝時(shí)間、可擠出性及一定的自支持能力，以便能夠被順利輸送、擠出、成型，建立打印材料的流動(dòng)性、可擠出性及自支持能力的評(píng)估方法，為深部硬巖3D打印相似材料的研制提供技術(shù)支撐。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種深部硬巖相似材料可3D打印性能評(píng)估試驗(yàn)方法，確定深部硬巖相似材料可3D打印性能需要滿足初凝時(shí)間要求、可擠出性要求及自支持能力要求；

對(duì)深部硬巖相似材料通過(guò)多次試驗(yàn)添加緩凝劑，使深部硬巖相似材料滿足初凝時(shí)間要求；

對(duì)滿足初凝時(shí)間要求的深部硬巖相似材料通過(guò)多次試驗(yàn)添加保水劑，使深部硬巖相似材料滿足可擠出性要求；

判斷同時(shí)滿足初凝時(shí)間要求和可擠出性要求的深部硬巖相似材料是否滿足自支持能力要求，如果滿足則評(píng)估試驗(yàn)結(jié)束，否則對(duì)滿足可擠出性要求的深部硬巖相似材料通過(guò)多次試驗(yàn)繼續(xù)添加保水劑，使深部硬巖相似材料滿足自支持能力要求，完成評(píng)估試驗(yàn)。