本发明专利技术涉及一种利用快速成型技术测定含复杂结构面岩体变形性质的模型试验方法，包括以下步骤：（1）测定快速成型材料的物理性质指标；（2）确定试验相似比例；（3）生成岩体CAD模型；（4）3D打印含复杂结构面岩体模型；（5）在刚性伺服控制压力机上测定岩体模型的变形性质。本发明专利技术克服了填充法和贴合法存在的缺陷，以3D打印机的复杂建造技术为岩体模型制作的基础，真正实现了含复杂结构面岩体模型的制作。本发明专利技术的提出不仅能够促进模型试验的发展，对于岩体力学行为的研究也具有重要的应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工程
，具体是涉及一种含复杂结构面岩体模型应力-应变关系测定的模型试验方法，用于岩石力学模型试验，在采矿、地质、交通等工程中用于含节理岩体变形参数的确定。
技术介绍
岩体的变形性质由岩块变形和结构面变形所决定。由于岩石地下工程、岩质边坡工程均是由含复杂结构面岩体所组成，因此了解和掌握这些含结构面岩体的变形性质对于岩石地下工程、岩质边坡工程变形控制和稳定性分析都具有重要的作用。传统的含结构面岩体的模型试验方法主要有两种:一种是填充法，就是用水泥浆或者石膏浆浇筑在模型空间中已经预制好的硬铁片或其它材质的结构面；另一种是贴合法，就是将设计好的楔形块体用水泥等黏合剂粘结起来，形成含内部结构面的岩体模型。但是这两种方法都具有难以克服的缺陷，难以实现含2组及以上复杂结构面岩体模型的制作。本专利技术以3D打印机的复杂建造技术为岩体模型制作的基础，重点解决了以上限制因素，真正实现了含复杂结构面岩体模型的制作。本专利技术的提出不仅能够促进模型试验的发展，对于岩体力学行为的研究也具有重要的应用价值。
技术实现思路
为实现含2组及以上复杂结构面岩体模型的制作，研究含结构面岩体的变形性质，本专利技术以3D打印机的复杂建造技术为基础，提供了一种有效、可行的试验方法。为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的: ，包括如下步骤: (1)测定快速成型材料的物理性质指标:制作一系列不同粘结剂喷射量条件下的快速成型材料打印样品，利用三轴试验分别测定这些样品的弹性模量和泊松比，所述粘结剂喷射量标记为W，所述弹性模量标记为E，所述泊松比标记为V，绘出E-W和v-W曲线； (2)确定试验相似比例:根据真实模拟岩体中完整岩块的物理性质，结合步骤(I)中快速成型材料的E-W和v-W曲线，根据相似比例关系确定试验使用的粘结剂喷射量和打印的岩体模型尺寸大小； (3)生成岩体CAD模型:根据步骤(2)确定的岩体模型的尺寸，利用三维结构面网络生成程序在该尺寸范围内生成岩体结构面网络系统，结构面为圆盘形状，并根据该虚拟网络系统，生成岩体CAD模型； (4)3D打印含复杂结构面岩体模型:将岩体CAD模型导入到虚拟打印软件中进行检查，排除结构面精度、结构方面的错误，并选择合适的打印方向，检查完毕后将岩体CAD模型输入到3D打印机中，并利用快速成型材料进行打印； (5)在刚性伺服控制压力机上测定岩体模型的变形性质:利用三轴试验测定岩体模型的应力-应变关系，根据步骤(I)确定的相似比例反向确定模拟的真实岩体体积大小，及其应力-应变关系。所述模型试验材料强度由粘结剂喷射量控制。所述快速成型材料采用粒径不大于25μπι(500目)的石膏粉末或水泥粉末。所述3D打印机的成型工艺为“3DP-粉末粘结成型技术”。所述步骤(I)中快速成型材料模型大小为直径50_X高度I OOmm的圆柱状。本专利技术的有益效果如下: 本专利技术测定含复杂结构面岩体变形性质的模型试验方法区别与传统模型试验的方法在于:(I)传统试验方法材料强度由水、石膏、水泥等材料的混合比例确定，而本专利技术方法模型试验材料强度由粘结剂喷射量控制；(2)传统试验方法主要用人工的手段实现结构面的制作过程，效率低、精度低、试验的可重复性差;本专利技术方法利用3D打印机的复杂建造技术制作岩体模型，实现了制作过程的自动化，精度高，试验可重复性好。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。本实施例测定含复杂结构面岩体变形性质的模型试验方法，包括如下步骤: (1)测定快速成型材料的物理性质指标:制作一系列不同粘结剂喷射量(w，mg/mm2)条件下的快速成型材料打印样品，利用三轴试验分别测定这些样品的弹性模量(E)和泊松比(V)，绘出E-W和v-W曲线； (2)确定试验相似比例:根据真实模拟岩体中完整岩块的物理性质(主要是E和V)，结合步骤(I)中快速成型材料的E-W和v-W曲线，根据相似比例关系确定试验使用的粘结剂喷射量和打印的岩体模型尺寸大小； (3)生成岩体CAD模型:根据步骤(2)确定的岩体模型的尺寸，利用三维结构面网络生成程序在该尺寸范围内生成岩体结构面网络系统，并根据该虚拟网络系统，生成岩体CAD模型； (4)3D打印含复杂结构面岩体模型:将岩体CAD模型导入到虚拟打印软件中进行检查，排除结构面精度、结构方面的错误，并选择合适的打印方向，检查完毕后将岩体CAD模型输入到3D打印机中，并利用快速成型材料进行打印； (5)在刚性伺服控制压力机上测定岩体模型的变形性质:利用三轴试验测定岩体模型的应力-应变关系，根据步骤(I)确定的相似比例反向确定模拟的真实岩体体积大小，及其应力-应变关系。本实施例步骤(I)中快速成型材料模型大小为50mm(直径)X 10mm(高度)的圆柱状，满足国际岩石力学学会推荐的试验样品大小为高径比2-2.5的要求。本实施例中快速成型材料要求采用粒径不大于25μπι(500目)的石膏粉末或水泥粉末，模型试验材料强度由粘结剂喷射量控制，两者呈正相关关系，3D打印机的成型工艺选择“3DP-粉末粘结成型技术”。本专利技术克服了填充法和贴合法存在的缺陷，以3D打印机的复杂建造技术为岩体模型制作的基础，真正实现了含复杂结构面岩体模型的制作。本专利技术的提出不仅能够促进模型试验的发展，对于岩体力学行为的研究也具有重要的应用价值。上述实施例仅用于解释说明本专利技术的专利技术构思，而非对本专利技术权利保护的限定，凡利用此构思对本专利技术进行非实质性的改动，均应落入本专利技术的保护范围。【主权项】1.，其特征在于包括如下步骤: (1)测定快速成型材料的物理性质指标:制作一系列不同粘结剂喷射量条件下的快速成型材料打印样品，利用三轴试验分别测定这些样品的弹性模量和泊松比，所述粘结剂喷射量标记为w(mg/mm2)，所述弹性模量标记为E，所述泊松比标记为v，绘出E-W和v-W曲线； (2)确定试验相似比例:根据真实模拟岩体中完整岩块的物理性质，结合步骤(I)中快速成型材料的E-W和v-W曲线，根据相似比例关系确定试验使用的粘结剂喷射量和打印的岩体模型尺寸大小； (3)生成岩体CAD模型:根据步骤(2)确定的岩体模型的尺寸，利用三维结构面网络生成程序在该尺寸范围内生成岩体结构面网络系统，并根据该虚拟网络系统，生成岩体CAD模型； (4)3D打印含复杂结构面岩体模型:将岩体CAD模型导入到虚拟打印软件中进行检查，排除结构面精度、结构方面的错误，并选择合适的打印方向，检查完毕后将岩体CAD模型输入到3D打印机中，并利用快速成型材料进行打印； (5)在刚性伺服控制压力机上测定岩体模型的变形性质:利用三轴试验测定岩体模型的应力-应变关系，根据步骤(I)确定的相似比例反向确定模拟的真实岩体体积大小，及其应力-应变关系。2.如权利要求1所述测定含复杂结构面岩体变形性质的模型试验方法，其特征在于:所述模型试验材料强度由粘结剂喷射量控制。3.如权利要求1所述测定含复杂结构面岩体变形性质的模型试验方法，其特征在于:所述快速成型材料采用粒径不大于25μπι的石膏粉末或水泥粉末。4.如权利要求1所述测定含复杂结构面岩体变形性质的模型试验方法，其特征在于:所述3D打印机的成型工艺为“3DP本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测定含复杂结构面岩体变形性质的模型试验方法，其特征在于包括如下步骤：（1）测定快速成型材料的物理性质指标：制作一系列不同粘结剂喷射量条件下的快速成型材料打印样品，利用三轴试验分别测定这些样品的弹性模量和泊松比，所述粘结剂喷射量标记为W（mg/mm2），所述弹性模量标记为E，所述泊松比标记为ν，绘出E‑W和ν‑W曲线；（2）确定试验相似比例：根据真实模拟岩体中完整岩块的物理性质，结合步骤（1）中快速成型材料的E‑W和ν‑W曲线，根据相似比例关系确定试验使用的粘结剂喷射量和打印的岩体模型尺寸大小；（3）生成岩体CAD模型：根据步骤（2）确定的岩体模型的尺寸，利用三维结构面网络生成程序在该尺寸范围内生成岩体结构面网络系统，并根据该虚拟网络系统，生成岩体CAD模型；（4）3D打印含复杂结构面岩体模型：将岩体CAD模型导入到虚拟打印软件中进行检查，排除结构面精度、结构方面的错误，并选择合适的打印方向，检查完毕后将岩体CAD模型输入到3D打印机中，并利用快速成型材料进行打印；（5）在刚性伺服控制压力机上测定岩体模型的变形性质：利用三轴试验测定岩体模型的应力‑应变关系，根据步骤（1）确定的相似比例反向确定模拟的真实岩体体积大小，及其应力‑应变关系。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：常金源，伍法权，沙鹏，彭岩岩，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。