一种可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法技术

本发明专利技术公开了一种可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法，包括相似材料配比和模具制作方法。试样相似材料配比根据母岩主要矿物成分进行，通过三维扫描仪获取结构面表面粗糙度信息，使用建模软件设计模具三维模型，使用3D打印技术获得制样模具，拼装模具后先浇筑下半部分试样，待其终凝后再浇筑上半部分试样，从而完成反映不同角度和粗糙度信息的含结构面岩石试样制作。本发明专利技术能够制作符合国际岩石力学学会标准的具有不同结构面角度和粗糙度的岩石相似材料试样，制作方法方便、快捷、准确，可帮助解决含天然结构面岩石试样不易获取、成本高昂及难以满足重复试验需求的问题。成本高昂及难以满足重复试验需求的问题。成本高昂及难以满足重复试验需求的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法


[0001]本申请涉及岩石试样制作
，具体公开了一种可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法。

技术介绍

[0002]自然界中的岩体由于经受复杂地质作用产生了各种结构面，结构面力学性质及破坏机理研究对岩体工程的安全高效建设具有重要意义，目前含结构面岩石室内试验主要采用天然节理岩石和人工节理岩石试样，但是可以批量反映结构面角度和粗糙度等关键信息的含结构面岩石试样制作困难，难以满足室内试验研究需要。天然节理岩石试样通常取样困难且运输过程中结构面容易破损，并且一个试样只能进行一次破坏性试验，试验结果可重复性差、成本高、力学性质差异性大，仅适用于某一具体工程的研究；人工节理岩石试样主要通过切割原岩和利用相似材料预制间隙两种方式获取，前者采用水刀、高速切割机等切割原岩试样形成内部结构面，但是在切割的过程中利用岩块制作结构面过程复杂耗时，且结构面角度和粗糙度等信息难以准确反映，后者采用预制锯齿状等规则结构面进行试验研究时，不能够反映结构面的真实粗糙度等信息，研究结果和真实情况存在较大误差。
[0003]3D打印是一种通过建模软件建立三维数字模型，然后以塑料、金属、树脂等为材料，使用3D打印机来打印实体模型的技术，三维扫描仪可以通过扫描岩石结构面获取结构面信息，结合3D打印机可以制作含不同角度和粗糙度信息的岩石结构面模具，准确反映岩石内部不同角度和粗糙度等几何参数的结构面。
[0004]针对该问题，本专利技术拟提出一种新的可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法及装置。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术的缺点，本专利技术提出一种可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法。
[0006]本专利技术提出的技术方案是：
[0007]一种可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，获取岩石结构面粗糙度信息；
[0009]步骤2，设计可反映结构面不同角度和粗糙度的制样模具，使用3D打印技术得到制样模具，同时分析母岩主要矿物成分，确定相似材料配比；
[0010]步骤3，组装模具，浇筑相似材料获得一半试样，试样终凝后，将其放入整体模具进而二次浇筑；
[0011]步骤4，将试样脱模后，进行养护和后期处理。
[0012]在可能的一个设计中，步骤2中的模具包括下部套筒、反映结构面底座和整体套筒，所述整体套筒通过上部固定环和整体套筒底座进行固定，所述的反映结构面底座包括大角度反映结构面底座和小角度反映结构面底座，所述的小角度的反映结构面底座包括反
映结构面底板和下部套筒固定支座A，所述的反映结构面底板与上端的固定支座A紧密相接，所述的大角度的反映结构面底座包括结构面底板、底面支撑和固定支座B，所述的下部套筒最短轴有一个便于试样脱模的开口。
[0013]在可能的一个设计中，步骤2中，当母岩为大理岩时，可选择80目方解石砂和120目白云石砂为粗骨料，325目方解石粉为细骨料，胶结剂选择半水石膏和硅酸盐水泥，二者充当辅助材料且含量远低于骨料的含量，增密剂选用密度7.8g/cm3的铁粉，相似材料配置采用蒸馏水，通过正交试验确定相似材料配比。
[0014]在可能的一个设计中，步骤2中模具三维模型制作步骤包括，
[0015]第一步，获取天然岩体结构面网格信息：使用三维扫描仪获取天然岩体结构面网格信息，将文件转换成建模软件可识别的格式；
[0016]第二步，制样模具三维模型的建立：使用建模软件将岩体结构面建立成厚度为A的结构面底板，然后建立具有不同角度的下部套筒，根据建立后的下部套筒获取底部椭圆的长轴长和短轴长，再建立底部椭圆，在底部椭圆的基础上在画一个外部椭圆，可得到一个空心平面，将空心平面设置成具有一定的厚度B，沿着短轴长的方向切割得到一个固定支座A，下部套筒需沿着最短轴方向进行厚度为D的切割得到开口，将结构面底板和固定支座A合并为底座，另外需要建立整体套筒、上部固定环和整体套筒底座，即可得到模具三维模型；
[0017]第三步，3D打印：将第二步建立好的下部套筒和底座导入3D打印机对应切片软件，调整好参数后进行切片，切片完成后导入3D打印机进行打印，从而获得所需模具。
[0018]在可能的一个设计中，步骤2中，可以选用具有不同的粗糙度的节理岩石建立结构面底板。
[0019]在可能的一个设计中，步骤3中，将下部套筒和底座固定为一个整体，在结构面底板上涂脱模剂，称重并均匀搅拌相似材料，将其倒入模具并在振动台上充分振捣，振捣完毕后将模具上部与地面保持水平放置12h，然后进行脱模，将下部套筒和底座分离，得到一个具有岩石结构面粗糙度信息的试样C，之后将脱模得到的试样C放入整体套筒之中，安装上部固定环和整体套筒底座，在结构面上涂抹脱模剂，继续进行另一半试样的浇筑。
[0020]在可能的一个设计中，步骤2的模具三维模型制作步骤中第二步，结构面底板厚度A为4mm，固定支座A厚度B为3mm，厚度D为0.2mm。
[0021]在可能的一个设计中，步骤3中，所述的试样C体积为整体试样体积的一半，其结构面与另一半结构面契合。
[0022]在可能的一个设计中，步骤4具体为，将步骤3中浇筑完成的完整试样在12h后进行脱模，取掉上部固定环并拖动整体套筒底座上的脱模块即可脱模，标准条件下养护28天后得到具有不同角度和粗糙度的岩石试样。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0024]本专利技术能够解决现有技术中含结构面岩石制备相对困难的技术问题，制作符合国际岩石力学学会标准的具有不同结构面角度和粗糙度的岩石相似材料，制作方法方便、快捷、准确，同一种模具制作的岩石相似材料误差小，能够进行重复试验，借助3D打印技术可以解决天然节理岩石不易获取及成本高的问题。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术中岩石试样制作流程图；
[0027]图2是本专利技术中各角度的底座示意图；
[0028]图3是本专利技术中各角度的下部套筒示意图；
[0029]图4是本专利技术中45
°
的下部套筒示意图；
[0030]图5是本专利技术中45
°
的底部椭圆与外部椭圆示意图；
[0031]图6是本专利技术中整体套筒示意图；
[0032]图7是本专利技术中整体套筒固定环示意图；
[0033]图8是本专利技术中整体套筒底座示意图；
[0034]图9是本专利技术中75
°
的底座侧面图；
[0035]图10是本专利技术中90
°
的底座侧面图；
[0036]图11是本专利技术中75
°
的底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤1，获取岩石结构面粗糙度信息；步骤2，设计可反映结构面不同角度和粗糙度的制样模具，使用3D打印技术得到制样模具，同时分析母岩主要矿物成分，确定相似材料配比；步骤3，组装模具，浇筑相似材料获得一半试样，试样终凝后，将其放入整体模具进而二次浇筑；步骤4，将试样脱模后，进行养护和后期处理。2.如权利要求1所述的可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法，其特征在于，步骤2中的模具包括下部套筒、反映结构面底座和整体套筒，所述整体套筒通过上部固定环和整体套筒底座进行固定，所述的反映结构面底座包括大角度反映结构面底座和小角度反映结构面底座，所述的小角度的反映结构面底座包括反映结构面底板和下部套筒固定支座A，所述的反映结构面底板与上端的固定支座A紧密相接，所述的大角度的反映结构面底座包括结构面底板、底面支撑和固定支座B，所述的下部套筒最短轴有一个便于试样脱模的开口。3.如权利要求1或2所述的可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法，其特征在于，步骤2中，当母岩为大理岩时，可选择80目方解石砂和120目白云石砂为粗骨料，325目方解石粉为细骨料，胶结剂选择半水石膏和硅酸盐水泥，二者充当辅助材料且含量远低于骨料的含量，增密剂选用密度7.8g/cm3的铁粉，相似材料配置采用蒸馏水，通过正交试验确定相似材料配比。4.如权利要求3所述的可反映结构面角度和粗糙度的岩石试样制作方法，其特征在于，步骤2中模具三维模型制作步骤包括，第一步，获取天然岩体结构面网格信息：使用三维扫描仪获取天然岩体结构面网格信息，将文件转换成建模软件可识别的格式；第二步，制样模具三维模型的建立：使用建模软件将岩体结构面建立成厚度为A的结构面底板，然后建立具有不同角度的下部套筒，根据建立后的下部套筒获取底部椭圆的长轴长和短轴长，再建立底部椭圆，在底部椭圆的基础上在画一个外部...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鸿，张震，付果，张永杰，邱祥，罗志敏，严杰，赵吕神，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：