CN107063790A - 一种不同三维节理面特性岩体的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不同三维节理面特性岩体的制备方法及其应用，其特征是，包括如下步骤：1)获取节理面特征信息制作成不同厚度的节理面板模型；2)利用3D打印技术打印节理面板模型；3)将模型材料浇注该模型槽中，且仅浇筑到模型槽的中间位置后进行护养；4)将人造节理面薄板覆盖到模型材料上面；5)将步骤4)得到的模型进行养护后，将相同的模型材料浇注上去，再进行养护，得到节理岩体模型。本发明所达到的有益效果：填补了实际研究中制作真实节理面特征的空白，这样能够制备不同三维节理面特性的节理面特征的试样，从而能够进行不同三维节理面粗糙度的剪切强度测试，得到剪切强度随这不同粗糙度的变化规律。

Description

一种不同三维节理面特性岩体的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种不同三维节理面特性岩体的制备方法及其应用，属于岩石力学工程技术领域。
背景技术
在岩体工程中，岩体的剪切强度的主要影响因素是节理面特性，如：粗糙度，起伏度，节理面填充物，节理面填充物厚度。
在实际工程中，岩体的节理面是由三维随机分布的起伏凸凹体组成，而且是由于不同的填充物及填充厚度变化的，即是形成三维节理面特殊的特性，故节理面特性是影响岩体节理特性的重大因素。
现有技术中在研究不同节理面特性对岩体的剪切强度的影响时，一般都是进行一维的节理面特性研究，即是对锯齿状人工节理进行剪切实验，也有小部分人进行了二阶起伏体的节理面的对剪切强度的影响，但都没有进行过全三维节理面粗糙度的试样的制备，从而没有进行这个不同三维节理面粗糙度对剪切强度的影响。
申请号为CN104807685 A的中国发明专利，公开的是一种利用3D打印制作含特定几何特征结构面的节理试样方法，该方法只是公开一种制作特定的结构面的节理试样方法，没有节理厚度和节理填充物的，无法真实制作不同厚度和不同填充物的节理面特性的节理面岩石试样。
《贯通型锯齿型结构面剪切变形及强度特性》、《含一阶和二阶起伏体节理剪切强度的试验研究中》论文中只是开展一维和二维的节理特性的试样制备及研究，无法与真实节理岩体进行相比较和研究。《基于三维形貌特征的岩石节理峰值强度准则研究》中描述的节理试验只是特定的节理面粗糙度试样，无法做重复性的剪切特性，无法做不同压缩强度下的剪切强度。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种不同三维节理面特性岩体的制备方法，克服已有对全三维节理面特性对剪切强度影响的研究不足。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种不同三维节理面特性岩体的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
1)获取节理面特征信息，利用CAD软件将特征信息进行描述，制作成不同厚度的节理面板模型；
2)利用3D打印技术打印节理面板模型，形成人造节理面薄板；
3)选择合适的模型槽，将模型材料浇注该模型槽中，且仅浇筑到模型槽的中间位置后进行护养；
4)将人造节理面薄板覆盖到模型材料上面；
5)将步骤4)得到的模型进行养护24h后，将相同的模型材料浇注上去，再进行养护，得到特定三维粗糙度、节理厚度及填充材料的节理岩体模型。
进一步地，所述步骤1)中特征信息包括粗糙度、节理厚度和填充材料的节理材料。
进一步地，所述粗糙度采用三维特性的不同起伏。
进一步地，所述节理厚度为2mm或4mm或6mm或8mm；
进一步地，所述节理填充材料包括ABS树脂或石膏或尼龙玻纤或橡胶类材料。
进一步地，所述步骤3)中养护时间根据半凝固时间计算。
根据上述的一种不同三维节理面特性岩体的制备方法在节理岩体的剪切强度力学分析方面的应用。
本发明所达到的有益效果：本发明中制备的不同三维节理面特性试样填补了实际研究中制作真实节理面特征的空白，这样能够制备不同三维节理面特性的节理面特征的试样，从而能够进行不同三维节理面粗糙度的剪切强度测试，得到剪切强度随这不同粗糙度的变化规律。进而开展节理岩体的力学特性、渗流特性、流变特性，是一种有效的制备不同三维节理面粗糙度试样的方法，所用的材料简单、成本低廉、操作简单。
附图说明
图1是实施例中用3D打印技术打印的三维节理面粗糙度的人造薄板示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下面通过几个实施例对本方法进行说明：
实施例1：
步骤1)首先确定这个节理面的粗糙度参数为10的具体形态，且将其制作成厚度为2mm的特定的节理面面板，将其生成3D打印机需要的CAD图的STL格式。
本实施例中节理面粗糙度为10，且节理面厚度为2mm，此时的节理面面板尺寸为150mm*150mm。
步骤2)利用3D打印技术将此节理面面板打印出来成为一个人造的节理面薄板，这种薄板主要由树脂材料打印而成。此时这个树脂材料就是作为节理填充物。
步骤3)制作订制的模型槽，本实施例中采用的是150mm*150mm*150mm的塑料模型槽，将水泥:砂子:水＝3:2:1的模型材料浇筑到模型槽中，且仅浇筑到模型槽的中间位置，将模型槽中均匀养护6h，这个时间具体按照它的凝固时间，基本上是按照其半凝固状态，这个可以在模型表面形成三维的节理面特性面，而且能避免下沉入模型材料中。
步骤4)将人造节理面面板薄板覆盖到模型材料上面。
步骤5)将步骤4)得到的模型进行养护24h后，再进行浇筑另外一半相同材料。
利用本实施例能够制作尺寸为150mm*150mm*150mm的不同三维节理面特性的类岩石节理试样，其中三维节理面粗糙度为10，节理面厚度为2mm，节理面填充物为树脂材料。这可以通过岩石剪切试验机进行剪切实验和流变试验，从而研究节理岩体的的剪切特性。
实施例2：
步骤1)确定这个节理面的粗糙度参数为20的具体形态，且将其制作成厚度为4mm的特定的节理面面板，将其生成3D打印机需要的CAD图的STL格式。
本实施例中节理面粗糙度为20，且节理面厚度为4mm，此时的节理面面板尺寸为150mm*150mm。
步骤2)将利用3D打印技术将此节理面面板打印出来成为一个人造的节理面薄板，这种薄板主要由石膏材料打印而成。此时这个石膏材料就是作为节理填充物。
步骤3)制作订制的模型槽，本研究采用的是150mm*150mm*150mm的塑料模型槽，将水泥:砂子:水＝3:2:1的模型材料浇筑到模型槽中，且仅浇筑到模型槽的中间位置，将模型槽中均匀养护6h，这个时间具体按照它的凝固时间，基本上是按照其半凝固状态，这个可以在模型表面形成三维的节理面特性面，而且能避免下沉入模型材料中。
步骤4)将人造节理面面板薄板覆盖到模型材料上面。
步骤5)将步骤4)得到的模型进行养护24h后，再进行浇筑另外一半相同材料。
利用本实施例能够制作尺寸为150mm*150mm*150mm的不同三维节理面特性的类岩石节理试样，其中三维节理面粗糙度为20，节理面厚度为4mm，节理面填充物为石膏材料。这可以通过岩石剪切试验机进行剪切实验和流变试验，从而研究节理岩体的的剪切特性。
实施例3：
步骤1)确定这个节理面的粗糙度参数为50的具体形态，且将其制作成厚度为6mm的特定的节理面面板，将其生成3D打印机需要的CAD图的STL格式。
本实施例中节理面粗糙度为50，且节理面厚度为6mm，此时的节理面面板尺寸为150mm*150mm。
步骤2)将利用3D打印技术将此节理面面板打印出来成为一个人造的节理面薄板，这种薄板主要由橡胶类材料打印而成，此时这个树脂材橡胶类材料料就是作为节理填充物。
步骤3)制作订制的模型槽，本研究采用的是150mm*150mm*150mm的塑料模型槽，将水泥:砂子:水＝3:2:1的模型材料浇筑到模型槽中，且仅浇筑到模型槽的中间位置，将模型槽中均匀养护6h，这个时间具体按照它的凝固时间，基本上是按照其半凝固状态，这个可以在模型表面形成三维的节理面特性面，而且能避免下沉入模型材料中。
步骤4)将人造节理面面板薄板覆盖到模型材料上面。
步骤5)将步骤4)得到的模型进行养护24h后，再进行浇筑另外一半相同材料。
利用本实施例能够制作尺寸为150mm*150mm*150mm的不同三维节理面特性的类岩石节理试样，其中三维节理面粗糙度为50，节理面厚度为6mm，节理面填充物为橡胶类材料，这可以通过岩石剪切试验机进行剪切实验和流变试验，从而研究节理岩体的的剪切特性。
上述三个不同三维节理面粗糙度试样的制备可以在节理岩体的剪切强度力学分析方面的应用。
相对于现有技术而言，本发明中制备的不同三维节理面特性试样填补了实际研究中制作真实节理面特征的空白，这样能够制备不同三维节理面特性的节理面特征的试样，从而能够进行不同三维节理面粗糙度的剪切强度测试，得到剪切强度随这不同粗糙度的变化规律。进而开展节理岩体的力学特性、渗流特性、流变特性，是一种有效的制备不同三维节理面粗糙度试样的方法，所用的材料简单、成本低廉、操作简单。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种不同三维节理面特性岩体的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
1)获取节理面特征信息，利用CAD软件将特征信息进行描述，制作成不同厚度的节理面板模型；
2)利用3D打印技术打印节理面板模型，形成人造节理面薄板；
3)选择合适的模型槽，将模型材料浇注该模型槽中，且仅浇筑到模型槽的中间位置后进行护养；
4)将人造节理面薄板覆盖到模型材料上面；
5)将步骤4)得到的模型进行养护24h后，将相同的模型材料浇注上去，再进行养护，得到特定三维粗糙度、节理厚度及填充材料的节理岩体模型。
2.根据权利要求1所述的一种不同三维节理面特性岩体的制备方法，其特征是，所述步骤1)中特征信息包括粗糙度、节理厚度和填充材料的节理材料。
3.根据权利要求2所述的一种不同三维节理面特性岩体的制备方法，其特征是，所述粗糙度采用三维特性的不同起伏。
4.根据权利要求1所述的一种不同三维节理面特性岩体的制备方法，其特征是，所述节理厚度为2mm或4mm或6mm或8mm。
5.根据权利要求1所述的一种不同三维节理面特性岩体的制备方法，其特征是，所述节理填充材料包括ABS树脂或石膏或尼龙玻纤或橡胶类材料。
6.根据权利要求1所述的一种不同三维节理面特性岩体的制备方法，其特征是，所述步骤3)中养护时间根据半凝固时间计算。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种不同三维节理面特性岩体的制备方法在节理岩体的剪切强度力学分析方面的应用。
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