一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法，包括以下步驟：(1)根據(jù)實際裂隙巖體的幾何形態(tài)以及該巖體中裂隙的形態(tài)和分布，構(gòu)建待制備試樣的三維數(shù)字模型、并將該三維數(shù)字模型輸入3D打印機中；(2)模擬實際裂隙巖體準(zhǔn)備用于形成試樣的巖塊部分以及裂隙充填物的原料，并以水溶性材料為原料用于形成試樣裂隙，將上述三種原料分別置于3D打印機的不同噴頭內(nèi)，通過3D打印，得到含充填物的初步試樣；(3)將該初步試樣浸泡在水中，使水溶性材料完全溶解，得到最終試樣。本發(fā)明專利技術(shù)無需通過模具來制備試樣，制得的試樣中含充填物，克服了現(xiàn)有技術(shù)中無法將粉末狀固體顆粒填充入試樣裂隙中以形成充填物的缺陷。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種巖體試樣的制備方法，特別涉及一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法。
技術(shù)介紹
裂隙巖體是工程中經(jīng)常會遇到的一種介質(zhì)。裂隙巖體與完整巖石的主要區(qū)別在于裂隙巖體含有較多的結(jié)構(gòu)面，裂隙巖體的力學(xué)性質(zhì)主要由這些結(jié)構(gòu)面所控制。試驗是巖石力學(xué)領(lǐng)域經(jīng)常采用的一種研究方法，但因為天然裂隙巖體幾何性質(zhì)的多變性，不同巖體裂隙差異大，取自天然裂隙巖體的巖體試樣不具有代表性，而且現(xiàn)場實驗工作條件復(fù)雜，投入資金大，因此通常采用室內(nèi)試驗人工制樣的方法對裂隙巖體的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，但目前并沒有比較完備的制備人工裂隙巖體試樣的方法。而且，有些裂隙巖體中還包括一些充填物，由于含充填裂隙巖體的裂隙分布在巖體的內(nèi)部，傳統(tǒng)的制備試樣的方法無法將粉末狀固體顆粒填充入裂隙中。目前制備裂隙巖體試樣或含充填裂隙巖體試樣的方法主要包括如下幾種：1、專利號為201520131517.4的中國技術(shù)專利《組合式三維裂隙巖體制樣模具》中，公開了一種三維裂隙巖體試樣制備模具，該模具由底座、外框結(jié)構(gòu)、插板，裂隙位置調(diào)節(jié)裝置組成；制作不同形狀、幾何尺寸的巖樣時，需要制作新的模具，耗時耗力，成本較高；2、申請?zhí)枮?01410052815.4的中國專利技術(shù)專利申請《一種隨機裂隙巖石試樣的制作方法》中，公開了一種將錫條和砂漿材料混合攪拌，在低溫下錫條變?yōu)榉勰┬纬闪严读严兜碾S機裂隙巖樣的制備方法；通過該方法制作出的裂隙巖樣無法控制裂隙的大小，空間形態(tài)，數(shù)量及分布情況，無法滿足試驗要求；3、申請?zhí)枮?01510101177.5的中國專利技術(shù)專利申請《斷續(xù)充填裂隙巖石試樣模型的制作方法》中，公開了一種將模擬裂隙的薄片材料用水溶線固定在制樣模具中，再將混合材料分層倒入涂抹脫離劑的試樣模具內(nèi)，加熱后從模具中取出得到斷續(xù)充填裂隙巖石試樣模型的制作方法；使用該方法制作巖樣裂隙較為單一，無法制作出含有復(fù)雜裂隙的裂隙巖體，且其裂隙充填物為薄片模擬材料，與實際裂隙充填物不符，巖樣制成后，脫模過程中容易對巖體造成破壞，對試樣結(jié)果造成無法控制的影響。綜上所述，目前制備裂隙巖體試樣的方法普遍存在著巖體尺寸更改時需要制造新的模具、不夠靈活、不能有效控制裂隙的形狀以及分布、脫模時對裂隙造成破壞、不能構(gòu)造復(fù)雜裂隙結(jié)構(gòu)等問題，因此迫切需要一種比較完備的制備裂隙巖體試樣的方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的：本專利技術(shù)的目的是提供一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法，該方法制作的裂隙巖體試樣能夠充分模擬實際巖體，試樣不需脫模，能保證試樣的完整性。技術(shù)方案：本專利技術(shù)涉及一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法，包括如下步驟：(1)根據(jù)實際裂隙巖體的幾何形態(tài)以及該巖體中裂隙的形態(tài)和分布，構(gòu)建待制備試樣的三維數(shù)字模型、并該三維數(shù)字模型輸入3D打印機中；(2)模擬實際裂隙巖體準(zhǔn)備用于形成試樣的巖塊部分以及裂隙內(nèi)充填物的原料，并以水溶性材料為原料用于形成試樣裂隙，將上述三種原料分別置于3D打印機的不同噴頭內(nèi)，通過3D打印，得到含充填物的初步試樣；(3)將該初步試樣浸泡在水中，使水溶性材料完全溶解，得到最終試樣。本專利技術(shù)采用3D打印技術(shù)，可精確控制裂隙的形態(tài)和分布；將試樣的巖塊部分、試樣裂隙以及裂隙內(nèi)填充物同時打印出來，浸水后形成的最終試樣中本身即含有裂隙和充填物。上述步驟(1)中，使用SolidWorks軟件構(gòu)建所述實際裂隙巖體的三維數(shù)字模型。具體的，步驟(2)中，模擬實際裂隙巖體的力學(xué)性能配制水泥，以該水泥為原料打印試樣的巖塊部分。較優(yōu)的，水泥為粉煤灰水泥。粉煤灰水泥水化熱低，干縮性與抗裂性好，能夠使打印得到的裂隙巖體達(dá)到較為理想的狀態(tài)。上述步驟(2)中，取實際裂隙巖體的裂隙內(nèi)充填物制成粉末，以該粉末為原料打印試樣裂隙內(nèi)充填物。優(yōu)選的，水溶性材料為InfinityRinse-Away水溶性材料。其成本低廉，易溶于水，且可適應(yīng)復(fù)雜的打印對象。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點在于：(1)通過本專利技術(shù)的方法可以直接得到含充填物的試樣，一方面擺脫了現(xiàn)有技術(shù)中制作新的巖體試樣時需要先制作新的模具的困擾，省時省力，極大的降低了成本；另一方面本專利技術(shù)所得試樣的裂隙中直接包含充填物，克服了現(xiàn)有技術(shù)中無法將粉末狀固體顆粒填充入試樣裂隙中以形成充填物的缺陷，且所得試樣中的充填物能夠充分模擬實際裂隙內(nèi)的充填物，使得后期實驗更精確；(2)本專利技術(shù)通過制作三維數(shù)字模型并將該模型進(jìn)行3D打印，能夠精確控制裂隙的大小，空間形態(tài)，數(shù)量及分布情況，所得試樣能夠完整模擬實際裂隙巖體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能；(3)本專利技術(shù)使用水溶性材料形成試樣裂隙結(jié)構(gòu)，打印得到的初步試樣經(jīng)浸水后，水溶性材料溶解，即可得到所需的裂隙，可以很好地保護(hù)裂隙結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)技術(shù)脫模時對巖體試樣內(nèi)部造成無法控制的破壞。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的方法流程圖；圖2為本專利技術(shù)的實施例中含充填裂隙巖體的三維數(shù)字模型。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。如圖1，本專利技術(shù)的一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法，包括如下步驟：(1)根據(jù)實際裂隙巖體的幾何形態(tài)以及該巖體中裂隙的形態(tài)和分布，構(gòu)建待制備試樣的三維數(shù)字模型、并該三維數(shù)字模型輸入3D打印機中；如可通過使用SolidWorks軟件構(gòu)建所述實際裂隙巖體的三維數(shù)字模型，在構(gòu)建實際裂隙巖體的三維數(shù)字模型時，該模型一般為Φ50mm×100mm的柱體，也可根據(jù)實驗的要求建立不同尺寸的模型；通過制作三維數(shù)字模型，能夠精確控制裂隙的大小，空間形態(tài)，數(shù)量及分布情況，所得試樣能夠完整模擬實際裂隙巖體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能；(2)模擬實際裂隙巖體準(zhǔn)備用于形成試樣的巖塊部分以及裂隙內(nèi)充填物的原料，可通過模擬實際裂隙巖體的力學(xué)性能，配制水泥，以該水泥為原料打印形成試樣巖塊部分，如可選用粉煤灰水泥來模擬實際裂隙巖體的力學(xué)性能，粉煤灰水泥水化熱低，干縮性與抗裂性好，能夠使打印得到的裂隙巖體達(dá)到較為理想的狀態(tài)；可通過取實際裂隙巖體中的充填物制成粉末，以該粉末為原料打印形成試樣裂隙內(nèi)充填物；并使用水溶性材料為原料打印形成試樣裂隙，該水溶性材料可為InfinityRinse-Away水溶性材料，其成本低廉，易溶于水，且可適應(yīng)復(fù)雜的打印對象；將上述準(zhǔn)備的三種原料分別置于3D打印機的不同噴頭內(nèi)，將該三維數(shù)字模型進(jìn)行3D打印，得到含充填物的初步試樣；采用3D打印制備試樣，擺脫了現(xiàn)有技術(shù)中制作新的巖體試樣時需要先制作新的模具的困擾，省時省力，極大的降低了成本；且通過不同噴頭同時打印試樣巖塊部分、試樣裂隙以及裂隙中充填物，所得本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)根據(jù)實際裂隙巖體的幾何形態(tài)以及該巖體中裂隙的形態(tài)和分布，構(gòu)建待制備試樣的三維數(shù)字模型、并將該三維數(shù)字模型輸入3D打印機中；(2)模擬實際裂隙巖體準(zhǔn)備用于形成試樣的巖塊部分以及裂隙內(nèi)充填物的原料，并以水溶性材料為原料用于形成試樣裂隙，將上述三種原料分別置于3D打印機的不同噴頭內(nèi)，通過3D打印，得到含充填物的初步試樣；(3)將該初步試樣浸泡在水中，使水溶性材料完全溶解，得到最終試樣。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種含充填裂隙巖體試樣的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)根據(jù)實際裂隙巖體的幾何形態(tài)以及該巖體中裂隙的形態(tài)和分布，構(gòu)建待制備
試樣的三維數(shù)字模型、并將該三維數(shù)字模型輸入3D打印機中；
(2)模擬實際裂隙巖體準(zhǔn)備用于形成試樣的巖塊部分以及裂隙內(nèi)充填物的原料，
并以水溶性材料為原料用于形成試樣裂隙，將上述三種原料分別置于3D打印機的不同
噴頭內(nèi)，通過3D打印，得到含充填物的初步試樣；
(3)將該初步試樣浸泡在水中，使水溶性材料完全溶解，得到最終試樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含充填裂隙巖體試樣的制備方法，其特征在于，步驟(1)
中，使用SolidWorks軟件構(gòu)建所述實...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙愷，王環(huán)玲，徐衛(wèi)亞，巢志明，夏季，賈朝軍，林志南，王蘇生，孟慶祥，楊蘭蘭，徐貝貝，
申請(專利權(quán))人：河海大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32