CN107976352B - 一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于岩石工程领域,涉及一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法。本发明针对目前透明隧道模型制作方法中存在的不足与缺陷,提供了一种脆性好、易于成型、易于脱模、易于制备不同长度孔道、易于控制裂隙和隧道的相对位置关系的高透性隧道模型的制作方法,采用有机玻璃管模拟隧道孔道,采用云母片模拟岩石中存在的裂隙,并采用3D打印技术制作复杂裂隙模型模拟围岩中复杂的裂隙网络。本发明可以模拟不同开挖阶段和不同隧道数量的透明隧道模型,且在围岩中可以精确布置不同形状、不同角度、不同数量和与隧道不同位置关系的裂隙,使隧道模型易于观察节理岩体地下隧道在受压后的力学特性和破裂规律。

Description

一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法
技术领域
本发明属于岩石工程领域,涉及一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法。
技术背景
岩石作为经历了漫长地质构造作用,岩石内部存在大量的裂隙和孔洞等缺陷,改变了岩石的力学特性,降低了岩石的极限承载能力,容易发生坍塌和岩爆等工程灾害。由于自然界中的岩石处于复杂的地质活动中,所处的受力环境不尽相同,岩石中裂隙的形状以及赋存方式千差万别。因此开展含不同形状片状裂隙和复杂裂隙网络等缺陷介质破坏行为的研究,具有重要的学术和工程意义。在研究工程岩石力学特性和破裂特征规律时,采用实验室是一种有效的方法,由于工程岩石预制裂隙和观察裂隙扩展方面的困难。采用人工制备的含裂隙和孔洞的透明类岩石材料代替天然岩石是一种有效的手段。采用脆性好的材料能够更好地模拟岩石材料的力学特性,而选用透明度良好的材料便于观测内部裂隙扩展形态和扩展规律。目前国内采用透明类岩石材料大多是均值材料,与真正的岩石材料具有较大的区别,因此在透明类岩石材料中加入细沙颗粒等介质可以很好地解决这个问题,对于科研的真实性和准确性具有很大帮助。
近几年深部岩土工程广泛发展,例如锦屏水电站。深部隧道相比浅部隧道在力学性能上有较大的区别,因此研究深部岩石隧道力学特性以及破坏机制,对于学术研究和工程实际具有重大的意义。目前国内外很多学者都对深部隧道工程模型进行了研究,利用砂浆等材料进行地下洞室模型试验。由于砂浆材料无法直接观察到隧道围岩裂隙破坏扩展机制,更无法观察到隧道模型破坏的全过程,从而对从机理上解释深部隧道破坏带来很大困难。深部地下工程往往都建造于节理岩体中,其中又尤以断续节理岩体最为普遍。并且通过工程现场发现,隧道围岩破坏发生于不同的开挖阶段,因此制备不同长度隧道模型模拟隧道不同开挖阶段具有重要的意义。隧道围岩中含有不同形状、不同数量和不同赋存方式的裂隙,围岩中裂隙和隧道的相互作用是导致隧道破坏的重要原因。深部岩石中裂隙交叉分布,存在复杂的裂隙网络,因此通过采用3D打印技术,制作复杂裂隙模型,充当岩石中复杂裂隙网络,进一步模拟真实的围岩环境,有利于观察隧道在复杂裂隙网络中的力学特性和变形特征。因此制作不同裂隙和隧道交互作用的模型对于研究深部隧道力学特性还破坏形态具有重要的意义。
CN2014106245801“高脆性透明类岩石材料试件中洞室的成型和空间定位方法”,公布了一种高脆性透明类岩石材料试件中洞室的成型和空间定位方法,包括预置洞室模具的制作和洞室的定位、成型,利用调好的类岩石树脂材料,依据试件模具和洞室模具浇铸制作出不同形式的节理岩体地下洞室试件。这种方法将PVC软橡皮材质的模型粘贴于模具上,然后进行浇筑成型。此种方法可以制备不同形状的地下洞室,但是由于PVC材料较软的特性,地下洞室的精度无法准确控制,采用文中模具定位方法,不易精确控制地下洞室的孔道长度和数量。同时此发明中采用的类岩石材料,为均质材料,具有各项同性的特点,与真实岩石的各向异性的特点差别很大,影响实验结果的真实性与准确性。
发明内容
本发明针对目前透明隧道模型制作方法中存在的不足与缺陷,提供了一种脆性好、易于成型、易于脱模、易于制备不同长度孔道、易于控制裂隙和隧道的相对位置关系的高透性隧道模型的制作方法,本发明可以模拟不同开挖阶段和不同隧道数量的透明隧道模型,且在围岩中可以精确布置不同形状、不同角度、不同数量和与隧道不同位置关系的裂隙。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,采用有机玻璃管模拟隧道孔道,采用云母片模拟岩石中存在的裂隙,并采用3D打印技术制作复杂裂隙模型模拟围岩中复杂的裂隙网络,具体制作步骤如下:
(1)制备隧道模型的框架模具
采用有机玻璃板作为隧道模型的框架模具,将5块玻璃立板组成顶部开口的盒子;根据预制备的隧道孔道模型、以及围岩中的裂隙模型和复杂裂隙模型的数量、尺寸,以及裂隙、复杂裂隙网络与隧道孔道的相对位置关系,通过CAD制图预先设计出隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型在有机玻璃板框架模具中的定位,并在对应的玻璃板上设计隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位孔,然后根据CAD制图设计,通过激光切割在有机玻璃板框架模具上制作出隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位孔;
(2)制备隧道孔道和裂隙模型
按确定的隧道孔道和裂隙数量和尺寸,制备相应的有机玻璃管模型和不同片状形状的云母片模型来模拟隧道孔道和裂隙;
(3)3D打印制备隧道模型围岩中的复杂裂隙模型
通过二维结构面网络重构生成2D数字图像,利用极射赤平投影法与玫瑰花图对裂隙进行统计分析,基于ProE三维制图软件按照统计特征与各自分布规律的概率密度函数构建围岩中复杂的裂隙网络的三维裂隙结构模型,采用3D打印机进行围岩中复杂裂隙模型的制作,打印材料使用聚乳酸高分子塑料;
(4)隧道模型的定位
利用牵线法定位作为隧道孔道模型的有机玻璃管和作为裂隙模型的不同片状形状的云母片,并且在隧道孔道模型的周围预设各种位置的包括不同形状的贯通节理、非贯通节理以及与隧道孔道轴向夹角不同的裂隙;具体如下:
利用步骤(1)中有机玻璃板上切割制作的隧道孔道模型定位孔和裂隙模型定位孔,采用柔软的棉线顺次穿过每个隧道孔道模型定位孔及定位于有机玻璃板框架模块内的有机玻璃管隧道孔道模型,同样,采用柔软的棉线顺次穿过每个裂隙模型定位孔以及定位于有机玻璃板框架模块内的不同片状形状的云母片裂隙模型,将棉线端部牢固的粘贴在有机玻璃板上,3D打印的围岩中复杂裂隙模型同样采用柔软的细棉线顺次穿过每个复杂裂隙模型定位孔以及定位于有机玻璃板框架模块内的复杂裂隙模型;
从而在有机玻璃板的框架模具内定位作为隧道孔道模型的有机玻璃管、作为围岩中裂隙模型的云母片和作为复杂裂隙网络模型的3D打印的复杂裂隙模型,脱模后形成裂隙、复杂裂隙模型和隧道孔道相互作用的透明隧道模型;
(5)隧道模型的成型
量取和配置不饱和树脂材料,浇筑步骤(4)中的隧道模型框架模具;浇筑时为避免产生气泡,应采用导棒引流的方式流入框架模具,将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时,待隧道模型具有一定强度之后可拆模,先将有机玻璃板框架模具除去,然后采用拉拔的方式,将隧道孔道模型的有机玻璃管拆除,云母片和3D打印的复杂裂隙模型作为预制裂隙和复杂裂隙网络保留在围岩中;
脱模后隧道模型放入恒温干燥箱中,恒温75℃养护12小时,这样就完成模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的全部制作过程。
进一步地,所述的隧道模型的定位步骤中隧道孔道模型在框架模具中的定位,框架模具的一侧有机玻璃板上设置有机玻璃管隧道孔道模型插入孔,其相邻两侧的有机玻璃板上设置隧道孔道模型定位孔,采用柔软的棉线顺次穿过每个隧道孔道模型定位孔,有机玻璃管隧道孔道模型插入有机玻璃板框架模具内且尾端固定搭载在有机玻璃板上的插入孔内,另一端固定搭载在有机玻璃板框架模具内的定位棉线上。
进一步地,所述的制备隧道孔道和裂隙模型步骤中,所述的有机玻璃管模型长度为玻璃板了框架模具宽度的1/4、2/4、3/4、4/4,虽然选取这四种长度,但不限于这个长度,可以随意加工不同模型宽度比例的长度。
进一步地,为方便拆模,所述的作为隧道孔道模型的有机玻璃管的长度,长于待制备的隧道孔道模型5mm。
进一步地,为方便拆模,所述的作为框架模具的有机玻璃板和作为隧道孔道模型的有机玻璃管上涂上脱模剂。
进一步地,所述的制备隧道模型的框架模具步骤中,所述的定位孔的直径为1mm。
进一步地,所述的隧道模型的定位步骤中所使用的棉线,采用任性极小的细棉线,两侧端部通过采用强力胶带粘接在有机玻璃板上,使其具有一定的承载能力。
进一步地,所述的隧道模型的成型步骤中所述的量取和配置的不饱和树脂材料,包括449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂,各组分之间的质量比为100:1~3:0.1~0.5,量取和配置的具体步骤如下:
(1)材料量取
按照设计用量及各组分的质量比,量取原材料:449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂;
(2)材料配置
将量取的449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂充分搅拌混合,然后将混合液放入恒温干燥箱中养护,恒温干燥箱温度设置为20℃;
(3)浇注成型及养护
将混合液采用导棒引流的方式引流入定位好的隧道模型的框架模具中浇注成型,将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时,待隧道模型具有一定强度之后拆模。
进一步地,所述的不饱和树脂材料还包括直径在0.5~2mm的细沙颗粒,449树脂、过氧化甲乙酮固化剂、异辛酸钴促进剂和细沙颗粒的质量比为100:1~3:0.1~0.5:1~10。
进一步地,所述的细沙颗粒在不饱和树脂材料配置过程中,449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂的混合溶液放入20℃恒温干燥箱中养护将要溶胶时,加入混合液中。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
1、采用有机玻璃管作为隧道孔道模型材料,其表面光滑,与不饱和树脂材料不起化学反应,具有良好的强度,在隧道模型固化过程中不变形;并且有机玻璃目前加工技术十分发达,相比手工制作孔道模型,机器加工精度更高,可以定位不同的孔道长度,以模拟所到的不同开挖阶段;
2、采用3D打印制备模拟围岩中复杂的裂隙网络的复杂裂隙模型,打印材料使用聚乳酸高分子塑料;将3D打印的复杂裂隙模型内置于隧道模型围岩中,充当围岩中复杂的裂隙网络,进而研究隧道模型在复杂裂隙网络情况下的力学特性和变形特征;
3、浇注成型过程中使用的不饱和树脂为449型树脂,以及其配套的过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂,固化之后具有透明度高、脆性好的优点。
4、在隧道模型浇注成型中,使用的不饱和树脂材料中加入细沙颗粒,模拟真实岩石中非均值的问题。
本发明隧道透明模型,可以模拟不同开挖阶段和不同隧道数量的透明隧道模型,且在围岩中可以精确布置不同形状、不同角度、不同数量和与隧道不同位置关系的裂隙,使隧道模型易于观察节理岩体地下隧道在受压后的力学特性和破裂规律。本发明制备的隧道模型,脆性好、易于成型、易于脱模、易于制备不同长度孔道,可以定性的确定地下隧道的位置和大小,解决了地下隧道变形试验中无法直接观察隧道内部破坏形态以及与围岩中裂隙的相互作用的问题,较现有的工程地质结构模型试验有了重大的进步和突破,具有重大的推广意义。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,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申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是单隧道模型框架模具中隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位示意图;
图2是双隧道模型框架模具中隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位示意图;
图中:1、有机玻璃板框架模具,2、有机玻璃管隧道孔道模型,3、云母片裂隙模型,4、复杂裂隙模型,5、棉线。
具体实施方式
为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。
实施例1
拟制作长度为100mm,宽度为100mm,高度为100mm的单隧道模型,具体制作方法如下:
(1)制备隧道模型的框架模具
采用5块有机玻璃板使用粘结剂粘接制作上部开口的正方体盒状框架模具,为方便固化隧道模型,有机玻璃板的尺寸比实际得到的隧道模型尺寸略大,底板有机玻璃板尺寸为120X120mm,两块侧板120X110mm,另外两块侧板100X110mm,有机玻璃板厚度为10mm。
根据待制备的隧道模型的隧道孔道、围岩中裂隙和复杂裂隙网络的相对位置关系,通过CAD制图预先设计出隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型在玻璃板框架模具中的定位,然后根据CAD制图设计,在对应的有机玻璃板上设计并制作隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位孔,以及隧道孔道插入孔。
(2)制备隧道孔道和裂隙模型
制作直径为10mm的圆形有机玻璃管作为隧道孔道模型,有机玻璃管长度分别为30mm、50mm、80mm和105mm,为方便拆模,有机玻璃管加工长度比待制备的隧道孔道长度长5mm。
按隧道围岩中裂隙数量和尺寸,制备不同片状形状的云母片模型来模拟裂隙;
(3)3D打印制备隧道模型围岩中的复杂裂隙模型
通过二维结构面网络重构生成2D数字图像,利用极射赤平投影法与玫瑰花图对裂隙进行统计分析,基于ProE三维制图软件按照统计特征与各自分布规律的概率密度函数构建围岩中复杂的裂隙网络的三维裂隙结构模型,采用3D打印机进行围岩中复杂裂隙模型的制作,打印材料使用聚乳酸高分子塑料;
(4)隧道模型的定位
如图1所示,根据CAD图纸,用柔软的棉线顺次穿过有机玻璃板框架模具上的每个定位孔以及云母片和3D打印的复杂裂隙模型,将有机玻璃管、云母片和3D打印的复杂裂隙模型固定在隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位位置,长度为105mm有机玻璃管从有机玻璃板框架模具上的隧道孔道插入孔插入到有机玻璃板框架模具中,其插入端搭载在有机玻璃板上隧道孔道定位孔之间的柔软的棉线上,请尾端留在有机玻璃板外5mm。然后给有机玻璃管和有机玻璃板上涂上脱模剂,方便脱模,脱模剂使用镁光三号脱模剂或者凡士林都可以。
(5)隧道模型的成型
采用一次性塑料杯量取100g的449树脂,使用盛有过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂的塑料滴瓶分别向盛有449树脂的塑料杯内滴入1g固化剂和0.2g促进剂,使用搅拌棒按顺时针方向均匀搅拌混合溶液,搅拌5分钟。
将搅拌均匀之后的混合液至于20℃的恒温干燥箱中,待混合溶液将要凝胶时,加入3g直径为0.5~2mm的细沙颗粒,均匀搅拌。将含有细沙颗粒的混合液采用导棒引流的方式引流入定位好的隧道模型的框架模具中浇注成型,将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时,待隧道模型具有一定强度之后拆模。拆模之后的隧道模型即为单隧道模型。进而进行单轴、双轴或三轴实验。
利用长度分别为30mm、50mm、80mm的有机玻璃管可以模拟不同开挖阶段的透明隧道模型,当然,也可以制作其它长度的有机玻璃管完成隧道模型制作。
实施例2
拟制作两条长度为100mm、宽度为100mm、高度为100mm的双隧道模型。
制备框架模具、隧道孔道和裂隙模型、3D打印制备隧道模型围岩中的复杂裂隙模型步骤同实施例1;
隧道模型的定位,如图2所示,根据CAD图纸,用柔软的棉线顺次穿过有机玻璃板框架模具上的每个定位孔以及云母片和3D打印的复杂裂隙模型,将有机玻璃管、云母片和3D打印的复杂裂隙模型固定在隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位位置,2根长度为105mm有机玻璃管从有机玻璃板框架模具上的隧道孔道插入孔插入到有机玻璃板框架模具中,其插入端搭载在有机玻璃板上隧道孔道定位孔之间的柔软的棉线上,请尾端留在有机玻璃板外5mm,2根有机玻璃管圆心之间的距离为20mm。然后给有机玻璃管和有机玻璃板上涂上脱模剂,方便脱模,脱模剂使用镁光三号脱模剂或者凡士林都可以。
隧道模型的成型,采用一次性塑料杯量取100g 449树脂,使用盛有固化剂和促进剂的塑料滴瓶分别向盛有树脂的塑料杯内滴入3g固化剂和0.5g促进剂,使用搅拌棒按顺时针方向均匀搅拌混合溶液,搅拌5分钟;将搅拌均匀之后的混合液至于20℃的恒温干燥箱中,待混合溶液将要凝胶时,加入10g直径为0.5~2mm的细沙颗粒,均匀搅拌。将含有细沙颗粒的混合液采用导棒引流的方式引流入定位好的隧道模型的框架模具中浇注成型,将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时,待隧道模型具有一定强度之后拆模。拆模之后的试件即为双隧道模型。进而进行单轴、双轴或三轴实验。
利用长度分别为30mm、50mm、80mm的有机玻璃管可以模拟不同开挖阶段的透明隧道模型,当然,也可以制作其它长度的有机玻璃管完成隧道模型制作。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,其特征在于,采用有机玻璃管模拟隧道孔道,采用云母片模拟岩石中存在的裂隙,并采用3D打印技术制作复杂裂隙模型模拟围岩中复杂的裂隙网络,具体制作步骤如下:
(1)制备隧道模型的框架模具
采用有机玻璃板作为隧道模型的框架模具,将5块玻璃立板组成顶部开口的盒子;根据预制备的隧道孔道模型、以及围岩中的裂隙模型和复杂裂隙模型的数量、尺寸,以及裂隙、复杂裂隙网络与隧道孔道的相对位置关系,通过CAD制图预先设计出隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型在有机玻璃板框架模具中的定位,并在对应的玻璃板上设计隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位孔,然后根据CAD制图设计,通过激光切割在有机玻璃板框架模具上制作出隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位孔;
(2)制备隧道孔道和裂隙模型
按确定的隧道孔道和裂隙数量和尺寸,制备相应的有机玻璃管模型和不同片状形状的云母片模型来模拟隧道孔道和裂隙;
(3)3D打印制备隧道模型围岩中的复杂裂隙模型
通过二维结构面网络重构生成2D数字图像,利用极射赤平投影法与玫瑰花图对裂隙进行统计分析,基于ProE三维制图软件按照统计特征与各自分布规律的概率密度函数构建围岩中复杂的裂隙网络的三维裂隙结构模型,采用3D打印机进行围岩中复杂裂隙模型的制作,打印材料使用聚乳酸高分子塑料;
(4)隧道模型的定位
利用牵线法定位作为隧道孔道模型的有机玻璃管和作为裂隙模型的不同片状形状的云母片,并且在隧道孔道模型的周围预设各种位置的包括不同形状的贯通节理、非贯通节理以及与隧道孔道轴向夹角不同的裂隙;具体如下:
利用步骤(1)中有机玻璃板上切割制作的隧道孔道模型定位孔和裂隙模型定位孔,采用柔软的棉线顺次穿过每个隧道孔道模型定位孔及定位于有机玻璃板框架模块内的有机玻璃管隧道孔道模型,同样,采用柔软的棉线顺次穿过每个裂隙模型定位孔以及定位于有机玻璃板框架模块内的不同片状形状的云母片裂隙模型,将棉线端部牢固的粘贴在有机玻璃板上,3D打印的围岩中复杂裂隙模型同样采用柔软的细棉线顺次穿过每个复杂裂隙模型定位孔以及定位于有机玻璃板框架模块内的复杂裂隙模型;
从而在有机玻璃板的框架模具内定位作为隧道孔道模型的有机玻璃管、作为围岩中裂隙模型的云母片和作为复杂裂隙网络模型的3D打印的复杂裂隙模型,脱模后形成裂隙、复杂裂隙模型和隧道孔道相互作用的透明隧道模型;
(5)隧道模型的成型
量取和配置不饱和树脂材料,浇筑步骤(4)中的隧道模型框架模具;浇筑时为避免产生气泡,应采用导棒引流的方式流入框架模具,将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时,待隧道模型具有一定强度之后可拆模,先将有机玻璃板框架模具除去,然后采用拉拔的方式,将隧道孔道模型的有机玻璃管拆除,云母片和3D打印的复杂裂隙模型作为预制裂隙和复杂裂隙网络保留在围岩中;
脱模后隧道模型放入恒温干燥箱中,恒温75℃养护12小时,这样就完成模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的全部制作过程。
2.根据权利要求1所述的模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,其特征在于,所述的隧道模型的定位步骤中隧道孔道模型在框架模具中的定位,框架模具的一侧有机玻璃板上设置有机玻璃管隧道孔道模型插入孔,其相邻两侧的有机玻璃板上设置隧道孔道模型定位孔,采用柔软的棉线顺次穿过每个隧道孔道模型定位孔,有机玻璃管隧道孔道模型插入有机玻璃板框架模具内且尾端固定搭载在有机玻璃板上的插入孔内,另一端固定搭载在有机玻璃板框架模具内的定位棉线上。
3.根据权利要求1所述的模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,其特征在于,所述的制备隧道孔道和裂隙模型步骤中,所述的有机玻璃管模型长度为玻璃板框架模具宽度的1/4、2/4、3/4、4/4。
4.根据权利要求1或3所述的模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,其特征在于,为方便拆模,所述的作为隧道孔道模型的有机玻璃管的长度,长于待制备的隧道孔道模型5mm。
5.根据权利要求1所述的模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,其特征在于,为方便拆模,所述的作为框架模具的有机玻璃板和作为隧道孔道模型的有机玻璃管上涂上脱模剂。
6.根据权利要求1所述的模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,其特征在于,所述的制备隧道模型的框架模具步骤中,所述的定位孔的直径为1mm。
7.根据权利要求1所述的模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,其特征在于,所述的隧道模型的定位步骤中所使用的棉线,采用韧性极小的细棉线,两侧端部通过采用强力胶带粘接在有机玻璃板上,使其具有一定的承载能力。
8.根据权利要求1所述的模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,其特征在于,所述的隧道模型的成型步骤中所述的量取和配置的不饱和树脂材料,包括449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂,各组分之间的质量比为100:1~3:0.1~0.5,量取和配置的具体步骤如下:
(1)材料量取
按照设计用量及各组分的质量比,量取原材料:449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂;
(2)材料配置
将量取的449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂充分搅拌混合,然后将混合液放入恒温干燥箱中养护,恒温干燥箱温度设置为20℃;
(3)浇注成型及养护
将混合液采用导棒引流的方式引流入定位好的隧道模型的框架模具中浇注成型,将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时,待隧道模型具有一定强度之后拆模。
9.根据权利要求8所述的模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,其特征在于,所述的不饱和树脂材料还包括直径在0.5~2mm的细沙颗粒,449树脂、过氧化甲乙酮固化剂、异辛酸钴促进剂和细沙颗粒的质量比为100:1~3:0.1~0.5:1~10。
10.根据权利要求9所述的模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法,其特征在于,所述的细沙颗粒在不饱和树脂材料配置过程中,449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂的混合溶液放入20℃恒温干燥箱中养护将要溶胶时,加入混合液中。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108760477B (zh) * 2018-05-31 2020-01-17 中国地质大学(武汉) 一种实现岩石节理颗粒充填物精准定位的夹具和方法
CN110181665B (zh) * 2019-05-17 2020-04-21 山东大学 一种制作预制隧道模型试块的模具及方法
CN111203538B (zh) * 2020-04-22 2020-07-28 中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司 预制裂纹缺陷、内置裂纹缺陷的制备方法及预制件
CN111203537B (zh) * 2020-04-22 2020-07-28 中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司 通过控制lmd工艺预制熔合不良缺陷的方法
US11725483B2 (en) 2020-06-12 2023-08-15 Saudi Arabian Oil Company Method and system of fracability measurement based on core fracture density
CN112161855A (zh) * 2020-08-27 2021-01-01 山东大学 一种预制含隧形孔洞和结构面模型试块的模具及方法
CN113899767B (zh) * 2021-10-08 2024-03-12 山东科技大学 基于3d打印技术的巷道围岩实验模型的成型实验方法
CN114112703B (zh) * 2021-11-12 2024-04-26 中铁二十局集团第四工程有限公司 一种复杂节理地层中圆形隧洞失稳破裂试验系统及使用方法
CN114199510B (zh) * 2021-12-06 2024-04-12 西南石油大学 一种一体式支撑剂平板输送实验装置及其制备方法
CN114112600B (zh) * 2021-12-13 2024-02-06 贵州大学 一种用于制作含隧道及节理模型的岩体试样浇筑模具
CN116519422B (zh) * 2023-06-28 2023-09-26 河北工业大学 岩体模型变开度裂隙3d打印切割路径规划方法及成型装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203680625U (zh) * 2014-01-24 2014-07-02 山东大学 制备预置有三维裂隙高脆性透明类岩石材料试件的模具
CN104297011A (zh) * 2014-11-06 2015-01-21 山东大学 高脆性透明类岩石材料试件中洞室的成型和空间定位方法
CN105628470A (zh) * 2015-12-29 2016-06-01 河海大学 一种基于3d打印技术的贯通裂隙岩体试样的制备方法
CN106127856A (zh) * 2016-06-27 2016-11-16 长安大学 基于ct扫描及3d打印制作含裂隙柱状岩体模型的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203680625U (zh) * 2014-01-24 2014-07-02 山东大学 制备预置有三维裂隙高脆性透明类岩石材料试件的模具
CN104297011A (zh) * 2014-11-06 2015-01-21 山东大学 高脆性透明类岩石材料试件中洞室的成型和空间定位方法
CN105628470A (zh) * 2015-12-29 2016-06-01 河海大学 一种基于3d打印技术的贯通裂隙岩体试样的制备方法
CN106127856A (zh) * 2016-06-27 2016-11-16 长安大学 基于ct扫描及3d打印制作含裂隙柱状岩体模型的方法

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