天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种天然岩体硬性结构面的三维重构与锚固试验系统及方法，该系统通过激光扫描装置将扫描到的岩样硬性结构面两侧岩块表面形态的高精度点云数据发送到三维打印机；球磨粉碎装置和固液混合装置制成原料浆料；三维打印机根据高精度点云数据和预设的贯通孔数据，采用原料浆料，制作出与岩样硬性结构面两侧岩块表面形态一致且具有预设贯通孔的岩石胚体；排胶装置将岩石胚体中多余的树脂粘结剂排出并固化；高温煅烧装置将固化后的岩石胚体进行煅烧，制成锚固岩体，可批量制作几何形态、力学性质完全相同的含天然结构面形态的人工岩样，满足对同一结构面进行多次重复试验的要求，降低试验数据的离散性。

Three dimensional reconstruction and anchorage test system and method for rigid structural plane of natural rock mass

The invention provides a three-dimensional reconstruction and anchorage test system and method for hard structural planes of natural rock mass. The system transmits high-precision point cloud data of surface morphology of rock blocks on both sides of hard structural planes of rock samples scanned by laser scanning device to a three-dimensional printer, and the raw material slurry is made by ball mill and solid-liquid mixing device. According to high-precision point cloud data and preset through-hole data, three-dimensional printer uses raw material slurry to produce rock embryo with preset through-hole on both sides of the hard structure surface of rock sample; the glue discharging device discharges and solidifies the excess resin binder in the rock embryo; The solidified rock embryo is calcined to form anchored rock mass, which can be used to mass-produce artificial rock samples with identical geometric and mechanical properties and natural structural planes. It can meet the requirements of repeated tests on the same structural planes and reduce the dispersion of test data.

【技术实现步骤摘要】
天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统及方法
本专利技术属于岩石力学
，尤其涉及天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统及方法。
技术介绍
在岩石力学工程领域，结构面是影响岩体稳定性至关重要的因素。在工程实践中，通常需要对含结构面的岩体进行加固以提高其稳定性，而锚杆锚固技术是一种经济有效的裂隙岩体加固手段。对岩体天然结构面形态的锚固岩体剪切试验，对于验证锚固的稳定性至关重要。尤其是在进行锚固剪切试验时，需要几何形态、力学性质完全一致的剪切岩样用于进行同一结构面的重复性试验目前，传统的制取剪切岩样的方法一般是从原位取样，即采集真实的岩体，加工后得到岩样进行锚固剪切试验。但是，传统的方法容易使结构面表面形态破坏、上下盘吻合度差等缺陷，且由于剪切试验是破坏性试验，所获取的式样只能进行一次试验，不能针对同一式样开展批量试验，导致试验数据离散。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统及方法，能够批量制作与天然结构面表面形态完全相同、力学性质近似一致的锚固岩体式样，可为研究锚杆的复合锚固机理提供必备的试验条件。本专利技术实施例的第一方面，提供了一种天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统及方法，包括：一激光扫描装置，与三维打印机连接，用于将扫描到的天然岩样硬性结构面两侧岩块表面形态的高精度点云数据发送到所述三维打印机；一球磨粉碎装置、一固液混合装置，分别与所述三维打印机连接，所述球磨粉碎装置用于将天然岩块碾碎、磨细，制成原料粉末，所述固液混合装置将所述原料粉末与树脂粘结剂混合，制成原料浆料；所述三维打印机，根据所述高精度点云数据和预设的贯通孔数据，采用所述原料浆料，制作出与所述天然岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致且具有预设贯通孔的岩石胚体；一排胶装置，与所述三维打印机连接，用于将所述岩石胚体中多余的树脂粘结剂排出并固化；一高温煅烧装置，与所述排胶装置连接，用于将固化后的岩石胚体进行煅烧，制成与所述天然岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致的锚固岩体。进一步地，所述激光扫描装置为手持式激光扫描仪。进一步地，所述三维打印机为陶瓷三维打印机。进一步地，所述还包括：结构面直剪装置、应力-应变监测装置；所述结构面直剪装置，与所述高温煅烧装置连接，用于将所述锚固岩体进行预设方向压力剪切滑移试验；所述应力-应变监测装置，与所述结构面直剪装置连接，用于监测所述锚固岩体进行预设方向压力剪切滑移过程，并获取剪切滑移过程中的应力应变数据。进一步地，所述应力-应变监测装置包括锚杆，所述锚杆上设有微型应变片和应力传感器。本专利技术实施例的第三方面，提供了一种基于上述的天然岩体硬性结构面三维重构及锚固试验系统的锚固试验方法，包括：激光扫描装置扫描到天然岩样硬性结构面两侧岩块表面形态获得高精度点云数据；所述激光扫描装置将扫描装置扫描到的天然岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态的高精度点云数据发送到所述三维打印机；磨粉碎装置将原料碾碎、磨细，制成原料粉末；固液混合装置将所述原料粉末与树脂粘结剂混合，制成原料浆料；三维打印机根据所述高精度点云数据和预设的贯通孔数据，采用所述原料浆料，制作出与所述天然岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致且具有预设的贯通孔的岩石胚体；排胶装置将所述岩石胚体中多余的树脂粘结剂排出并固化；高温煅烧装置将固化后的岩石胚体进行煅烧，制成与所述岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致的锚固岩体；结构面直剪装置将所述锚固岩体进行预设方向压力剪切滑移试验；应力-应变监测装置监测所述锚固岩体进行预设方向压力剪切滑移过程，并获取剪切滑移过程中的的应力应变数据。进一步地，所述原料为真实岩块、碳化硅或氧化铝陶瓷。进一步地，所述三维打印机根据所述高精度点云数据和预设的贯通孔数据，采用所述原料浆料，制作出与所述岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致且具有预设的贯通孔的岩石胚体，包括：所述三维打印机根据所述高精度点云数据或预设的JCR值的点云数据，构建与所述岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致的岩石胚体；所述三维打印机根据所述预设的贯通孔数据在与所述岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致的岩石胚体上设置直径为1.5倍锚杆的贯通圆孔。本专利技术实施例与现有技术相比的有益效果是：本专利技术实施例提供的天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统及方法，通过激光扫描装置将扫描到的岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态的高精度点云数据发送到三维打印机；球磨粉碎装置用于将原料碾碎、磨细，制成原料粉末，固液混合装置将原料粉末与树脂粘结剂混合，制成原料浆料；三维打印机，根据高精度点云数据和预设的贯通孔数据，采用原料浆料，制作出与岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致且具有预设的贯通孔的岩石胚体；排胶装置将岩石胚体中多余的树脂粘结剂排出并固化；高温煅烧装置将固化后的岩石胚体进行煅烧，制成与岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致的锚固岩体。本专利技术实施例可批量制作几何形态、力学性质完全相同的含天然结构面形态的人工岩样，满足对同一结构面进行多次重复试验的要求，降低试验数据的离散性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施例提供的一种天然岩体硬性结构面三维重构系统结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态的示意图；图3为本专利技术一实施例提供的一种天然岩体硬性结构面锚固试验系统的结构示意图；图4为本专利技术一实施例提供的一种基于天然岩体硬性结构面锚固试验系统的锚固试验方法的结构示意图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本专利技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术。如在本专利技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。为了说明本专利技术所述的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统，其特征在于，包括：一激光扫描装置，与三维打印机连接，用于将扫描到的天然岩样硬性结构面两侧岩块表面形态的高精度点云数据发送到所述三维打印机；一球磨粉碎装置、一固液混合装置，分别与所述三维打印机连接，所述球磨粉碎装置用于将天然岩块碾碎、磨细，制成原料粉末，所述固液混合装置将所述原料粉末与树脂粘结剂混合，制成原料浆料；所述三维打印机，根据所述高精度点云数据和预设的贯通孔数据，采用所述原料浆料，制作出与所述天然岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致且具有预设贯通孔的岩石胚体；一排胶装置，与所述三维打印机连接，用于将所述岩石胚体中多余的树脂粘结剂排出并固化；一高温煅烧装置，与所述排胶装置连接，用于将固化后的岩石胚体进行煅烧，制成与所述天然岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致的锚固岩体。

【技术特征摘要】
1.一种天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统，其特征在于，包括：一激光扫描装置，与三维打印机连接，用于将扫描到的天然岩样硬性结构面两侧岩块表面形态的高精度点云数据发送到所述三维打印机；一球磨粉碎装置、一固液混合装置，分别与所述三维打印机连接，所述球磨粉碎装置用于将天然岩块碾碎、磨细，制成原料粉末，所述固液混合装置将所述原料粉末与树脂粘结剂混合，制成原料浆料；所述三维打印机，根据所述高精度点云数据和预设的贯通孔数据，采用所述原料浆料，制作出与所述天然岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致且具有预设贯通孔的岩石胚体；一排胶装置，与所述三维打印机连接，用于将所述岩石胚体中多余的树脂粘结剂排出并固化；一高温煅烧装置，与所述排胶装置连接，用于将固化后的岩石胚体进行煅烧，制成与所述天然岩样的硬性结构面两侧岩块表面形态一致的锚固岩体。2.根据权利要求1所述的天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统，其特征在于，所述激光扫描装置为手持式激光扫描仪。3.根据所述权利要求1所述的天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统，其特征在于，所述三维打印机为陶瓷三维打印机。4.根据所述权利要求1所述的天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统，其特征在于，还包括：结构面直剪装置、应力-应变监测装置；所述结构面直剪装置，与所述高温煅烧装置连接，用于将所述锚固岩体进行预设方向压力剪切滑移试验；所述应力-应变监测装置，与所述结构面直剪装置连接，用于监测所述锚固岩体进行预设方向压力剪切滑移过程，并获取剪切滑移过程中的应力应变数据。5.根据权利要求4所述的一种天然岩体硬性结构面三维重构与锚固试验系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁维，李建朋，王伟，李宗鸿，李家欣，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北,13