【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及3d打印和岩体工程，特别是涉及一种复杂裂隙岩体模型3d打印装置、注浆试验系统及方法，主要用于打印大型三维裂隙岩体，并进行注浆试验。
技术介绍
1、随着基础建设的不断发展，对于土木建设的要求也不断在提高。隧道、水利枢纽等工程，在工程实践中岩体内部因地质构造及采动影响，形成不同尺度及维度的原生裂隙，对工程安全造成影响，而注浆技术是解决岩体加固问题的重要手段之一。
2、岩体裂隙几何形态、分布形式的复杂性，浆液扩散过程的隐蔽性，导致浆液在岩体裂隙内部扩散方式、浆液状态不易被实时观测，对研究浆液扩散特性造成极大的阻碍，严重影响了注浆理论的发展。现有二维岩体裂隙可视化注浆试验，一般利用透明玻璃板或亚克力板对岩体模型进行封盖，达到可视化的目的，观察浆液在二维裂隙状态下的扩散情况，例如专利cn 110514808a，但实际工程中的岩体裂隙均为三维裂隙及裂隙网络，二维岩体裂隙注浆试验与实际工程注浆有一定差距；此外，现有三维可视化注浆试验，采用用玻璃块拼接得到三维岩体裂隙模型，例如专利cn 115792182 a，难以进行非规则裂隙空间的构建，且模型岩性与真实岩体差距较大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是，提供一种复杂裂隙岩体模型3d打印装置、注浆试验系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了如下方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种复杂裂隙岩体模型3d打印装置，包括双机械臂1，双
4、所述增材组合接头2-3的上部具有两个接口，两个接口分别与内喷嘴接头2-4和外喷嘴进料管2-5通过螺纹相连，外喷嘴进料管2-5连通增材外喷嘴2-1；内喷嘴接头2-4上端与内喷嘴进料管2-6通过螺纹相连，内喷嘴进料管2-6用于内喷嘴进料，内喷嘴接头2-4下部插入增材内喷嘴2-2，并通过顶丝将增材内喷嘴2-2与内喷嘴接头2-4固定连接；与外喷嘴进料管连接的增材组合接头的接口下方内壁设置有内喷嘴接头固定螺纹2-9；
5、所述增材外喷嘴的出料速度与增材内喷嘴的出料速度一致，进入增材外喷嘴的原料为可3d打印的砂浆不良导体，进入增材内喷嘴的原料满足挤出式3d打印要求且具有导电性；
6、增材外喷嘴挤出的外浆条的力学性能和渗透系数与岩石的性能相近，增材内喷嘴挤出的内浆条的力学性能与外浆条力学性能一致；外浆条与内浆条能形成“铅笔芯”结构的浆条；
7、内喷嘴接头2-4下部外侧设置有长螺纹，固定在增材组合接头2-3的内喷嘴接头固定螺纹2-9上，根据使用需求通过调整内喷嘴接头2-4旋入增材组合接头2-3的深度调节增材内喷嘴2-2伸出增材外喷嘴2-1的长度，使伸出长度为外浆条厚度的1/4-1/3。
8、进一步地，所述外浆条的原料包括石英砂、硅灰、粉煤灰、水泥、减水剂和水，浆材流动度190mm±5mm，外浆条硬化体的渗透系数为5～8×10-7m.s-1，电阻率为100-200ω.m；所述内浆条的原料包括超细导电颗粒、滑石粉、水、淀粉胶和水泥，电阻率为1～2ω.m。
9、进一步地，待打印外浆条厚度为1cm-2cm，内喷嘴伸出长度为3-5mm，能够形成规则的内浆条；相邻两层内浆条之间间隔为至少一个打印层厚度。
10、进一步地，所述所述协同减材打印头3包括切割-充填剪材针3-1、减材针接头3-2，减材针接头3-2的下部水平设置减材针固定螺纹孔3-3，上部设置有减材针固定孔3-4，减材针接头3-2的中心设置轴向通孔，切割-充填剪材针3-1插入减材针接头3-2的轴向通孔中，并通过螺丝穿过减材针固定螺纹孔3-3对切割-充填剪材针3-1加以固定；通过减材针固定孔3-4将切割-充填剪材针3-1与减材打印头固定支架3-6用螺栓固定；减材针接头3-2的上端与充填进料管3-5相连，使充填进料管3-5通过减材针接头中心的轴向通孔与切割-充填剪材针3-1的上端进料口连通；所述减材打印头固定支架3-6的上部与另一个机器臂1连接。
11、第二方面，本专利技术提供一种复杂裂隙岩体模型的注浆试验系统，所述注浆试验系统包括裂隙岩体模型4、电阻抗层析模块5和注浆单元，所述裂隙岩体模型采用权利要求1-4任一所述的复杂裂隙岩体模型3d打印装置打印获得；所述电阻抗层析模块5连接裂隙岩体模型4，电阻抗层析模块包括信号激励单元、信号采集单元、进料端电极和若干数量的浆液扩散端电极5-1，浆液扩散端电极5-1通过导线连接信号激励单元5-4；进料端电极5-3通过导线5-2与信号采集单元5-5连接，再与信号激励单元5-4相联；
12、所述注浆单元包括注浆管、注浆控制设备；
13、裂隙岩体模型4打印完成养护到指定龄期，将电阻抗层析模块5的浆液扩散端电极5-1与模型边缘剥离出的内浆条4-2相连，进料端电极5-3与注浆管内的料浆相连，构成待通导电回路。
14、第三方面，本专利技术提供一种复杂裂隙岩体模型的注浆试验方法，所述试验方法采用所述的注浆试验系统，具体过程是：
15、a)将复合增材打印头2和协同减材打印头3组装完毕，并与机械臂1相互固定，按照裂隙岩体模型4中裂隙产状和岩体岩性制备打印材料，导入泵送设备；
16、b)根据模型裂隙面浆液扩散监测点密度，规划内浆条4-2打印位置和数量，按照裂隙岩体模型4中裂隙产状和岩体几何尺寸进行增材、减材路径规划；规划好的打印路径导入机械臂，并进行预打印，以验证路径的正确性；之后进行增材-减材打印，完成裂隙岩体模型的制备；
17、c)裂隙岩体模型打印完成，用保鲜膜养护到制定龄期；而后，将电阻抗层析模块的浆液扩散电极与裂隙岩体模型连接，进料端电极与注浆管6相联，标记好电极位置，完成监测安装；
18、d)安装注浆单元，将注浆控制设备与注浆管6相联，配制满足性能需求的注浆材料，将注浆材料装入储料桶，根据试验用压力要求，调节注浆控制设备的调压阀到指定压力值待用；所述的注浆材料内添加有保证注浆材料导电性的氯化钠；
19、e)开始注浆模拟：浆液经注浆管流入裂隙岩体模型，并沿着裂隙面向四周扩散，由于电阻抗层析模块一端与注浆管相联，并与浆液贯通；当浆液流过裂隙面的内浆条端点时，即可构成监测回路，产生电流、电压数据；
20、f)试验完成后，对采集的电流和电压数据进行处理，得到试验过程中，模型裂隙空间内浆液的扩散范围与路径。
21、本专利技术中所述的注浆材料与工程所用浆材一致，但需外加少量氯化钠以保证浆液的导电性，可与岩体模型内部内浆本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复杂裂隙岩体模型3D打印装置，包括双机械臂，双机械臂上分别安装有复合增材打印头和协同减材打印头；双机械臂可进行协同打印作业，实现大型三维裂隙岩体模型的岩体增材和裂隙减材成型的一次性操作；其特征在于，所述复合增材打印头包括增材外喷嘴、增材外喷嘴、增材组合接头、内喷嘴接头、外喷嘴进料管、内喷嘴进料管和增材打印头固定支架，增材外喷嘴同轴套在增材内喷嘴外，通过增材打印头固定支架与机械臂连接；
2.根据权利要求1所述的复杂裂隙岩体模型3D打印装置，其特征在于，所述外浆条的原料包括石英砂、硅灰、粉煤灰、水泥、减水剂和水，浆材流动度190mm±5mm，外浆条硬化体的渗透系数为5～8×10-7m.s-1，电阻率为100-200Ω.m；所述内浆条的原料包括超细导电颗粒、滑石粉、水、淀粉胶和水泥，电阻率为1～2Ω.m。
3.根据权利要求1所述的复杂裂隙岩体模型3D打印装置，其特征在于，待打印外浆条厚度为1cm-2cm，内喷嘴伸出长度为3-5mm，能够形成规则的内浆条；相邻两层内浆条之间间隔为至少一个打印层厚度。
4.根据权利要求1所述的复杂裂隙岩体模型3D
5.一种复杂裂隙岩体模型的注浆试验系统，其特征在于，所述注浆试验系统包括裂隙岩体模型、电阻抗层析模块和注浆单元，所述裂隙岩体模型采用权利要求1-4任一所述的复杂裂隙岩体模型3D打印装置打印获得；所述电阻抗层析模块连接裂隙岩体模型，电阻抗层析模块包括信号激励单元、信号采集单元、进料端电极和若干数量的浆液扩散端电极，浆液扩散端电极通过导线连接信号激励单元；进料端电极通过导线与信号采集单元连接，再与信号激励单元相联；
6.一种复杂裂隙岩体模型的注浆试验方法，其特征在于，所述试验方法采用权利要求5所述的注浆试验系统，具体过程是：
...【技术特征摘要】
1.一种复杂裂隙岩体模型3d打印装置，包括双机械臂，双机械臂上分别安装有复合增材打印头和协同减材打印头；双机械臂可进行协同打印作业，实现大型三维裂隙岩体模型的岩体增材和裂隙减材成型的一次性操作；其特征在于，所述复合增材打印头包括增材外喷嘴、增材外喷嘴、增材组合接头、内喷嘴接头、外喷嘴进料管、内喷嘴进料管和增材打印头固定支架，增材外喷嘴同轴套在增材内喷嘴外，通过增材打印头固定支架与机械臂连接；
2.根据权利要求1所述的复杂裂隙岩体模型3d打印装置，其特征在于，所述外浆条的原料包括石英砂、硅灰、粉煤灰、水泥、减水剂和水，浆材流动度190mm±5mm，外浆条硬化体的渗透系数为5～8×10-7m.s-1，电阻率为100-200ω.m；所述内浆条的原料包括超细导电颗粒、滑石粉、水、淀粉胶和水泥，电阻率为1～2ω.m。
3.根据权利要求1所述的复杂裂隙岩体模型3d打印装置，其特征在于，待打印外浆条厚度为1cm-2cm，内喷嘴伸出长度为3-5mm，能够形成规则的内浆条；相邻两层内浆条之间间隔为至少一个打印层厚度。
4.根据权利要求1所述的复杂裂隙岩体模型3d打印装置，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：马国伟，邵亚建，孙亮，杨振甲，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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