CN108318318A - 一种基于3d打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具及方法 - Google Patents

一种基于3d打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具及方法 Download PDF

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田文岭
黄彦华
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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具及方法，该模具包括底座、钢模，含半圆槽3D打印模具及云母片；所述钢模置于底座上，所述钢模为一个内部设置有圆柱形空心的柱状结构；所述含半圆槽3D打印模具为一个横截面为半圆形的柱状结构，且与钢模内部的圆柱形空心相适配，含半圆槽3D打印模具的平侧面上设置有半圆槽，所述云母片的一部分嵌入至该含半圆槽中，其余部分裸露在含半圆槽3D打印模具之外。实践证明，本发明可以较好的固定三维预制裂隙的位置，且两边分别浇筑对试样强度影响不大，试验效果较好。

Description

一种基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的 模具及方法
技术领域
本发明涉及岩体非连续力学行为的试验方法，尤其是内置充填预制裂隙试样力学行为的研究方法。
背景技术
由于岩体形成过程中经历漫长的地质构造作用，内部含有各种规模的缺陷裂隙。而裂隙的存在影响工程施工的设计及安全，在采矿工程、地下隧道工程、水利工程、交通运输工程、石油开采和核废料地下深埋工程等岩土工程中缺陷往往会控制岩体的强度及破裂特征。大量的工程实践表明，岩石工程的失稳破坏，通常是由于内部裂隙的张开、起裂、扩展以及贯通而产生新的剪切滑动面所引起的。所以研究含缺陷岩体的力学行为对保证工程建设安全至关重要。学者们已经对二维裂隙进行了充分的研究，但三维裂隙研究较少，主要因为三维裂隙制作困难。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具及方法，以制作含三维充填裂隙类岩石试样。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具，包括底座、钢模，含半圆槽3D打印模具及云母片；所述钢模置于底座上，所述钢模为一个内部设置有圆柱形空心的柱状结构；所述含半圆槽3D打印模具为一个横截面为半圆形的柱状结构，且与钢模内部的圆柱形空心相适配，含半圆槽3D打印模具的平侧面上设置有半圆槽，所述云母片的一部分嵌入至该含半圆槽中，其余部分裸露在含半圆槽3D打印模具之外。
所述底座包括上下两个部分，上下两个部分均为圆柱状，且上部分的横截面积小于下部分，底座的上部分与钢模内部的圆柱形空心相适配，钢模能够套在底座的上部分上。
所述钢模纵向分为两部分，连接处设置有楔形接口，钢模的两部分通过螺杆组合在一起。
所述含半圆槽3D打印模具上的半圆槽位于其平侧面的中心位置处。
一种基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的方法，包括如下步骤：
步骤一，通过3D打印得到含半圆槽3D打印模具；
步骤二，将云母片插入到含半圆槽3D打印模具的半圆槽中；
步骤三，将钢模放置在底座上，使用螺杆将钢模的两部分固定，并将插入云母片的含半圆槽3D打印模具放置在钢模中，并将含半圆槽3D打印模具的弧形侧面与钢模的内表面贴合；
步骤四，往钢模内倒入砂浆，并充分振捣；
步骤五，当砂浆终凝后，拆除钢模，并将含半圆槽3D打印模具与半边试样分离，此时云母片在半边试样中；
步骤六，将含有云母片的半边试样放入到组装好的钢模中，并将该半边试样的弧形侧面与钢模的内表面贴合；
步骤七，往钢模倒入砂浆，充分振捣；
步骤八，拆除钢模，并将含三维充填裂隙的标准试样取出养护。
有益效果：本发明提供的基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具及方法，能够制作含三维充填裂隙类岩石试样。实践证明，该方法可以较好的固定三维预制裂隙的位置，且两边分别浇筑对试样强度影响不大，试验效果较好。
附图说明
图1为基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样模具的结构示意图；
图2为含半圆槽3D打印模具的结构示意图；
图3为组合后的底座和钢模的示意图；
图4为将含半圆槽3D打印模具放入组合后的钢模中的示意图；
图5为第一次浇筑后含云母片半边试样的示意图；
图6为浇筑完成后含三维充填裂隙试样的示意图；
图中，1-底座，2-钢模，3-含半圆槽3D打印模具，4-云母片，5-螺杆，6-半圆槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1--4所示，一种基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具，包括底座1、钢模2，含半圆槽3D打印模具3及云母片4；钢模2置于底座1上，钢模2为一个内部设置有圆柱形空心的柱状结构；含半圆槽3D打印模具3为一个横截面为半圆形的柱状结构，且与钢模2内部的圆柱形空心相适配，含半圆槽3D打印模具3具有两个侧面，一个为平侧面，一个为弧形侧面，其平侧面上设置有半圆槽6，云母片4的一部分嵌入至该含半圆槽6中，其余部分裸露在含半圆槽3D打印模具3之外。
如图1所示，底座1包括上下两个部分，上下两个部分均为圆柱状，且上部分的横截面积小于下部分，底座1的上部分与钢模2内部的圆柱形空心相适配，钢模2能够套在底座1的上部分上。
如图3所示，钢模2纵向分为两部分，连接处设置有楔形接口，钢模2的两部分通过螺杆4组合在一起。钢模2的的两部分的两个外侧都设置有供螺杆4穿过的环，通过螺杆4依次穿过钢模2的两部分的环，将其组合起来。
优选的，含半圆槽3D打印模具3上的半圆槽位于其平侧面的中心位置处。
一种基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的方法，包括如下步骤：
步骤一，通过CAD建模，并结合3D打印得到含半圆槽3D打印模具3；如图2，可制作不同裂隙尺寸和倾角的含半圆槽3D打印模具3；裂隙尺寸指预制裂隙的尺寸，其与含半圆槽3D打印模具3的半圆槽尺寸相对应，倾角是预制裂隙相对于试样的倾角，其与半圆槽的倾角相同；
步骤二，将云母片4插入到含半圆槽3D打印模具3的半圆槽中；
步骤三，将钢模2放置在底座1上，使用螺杆4将钢模2的两部分固定，如图3；并将插入云母片的含半圆槽3D打印模具3放置在钢模2中，并将含半圆槽3D打印模具3的弧形侧面与钢模2的内表面贴合，如图4；
步骤四，往钢模2内倒入砂浆，并充分振捣；
步骤五，当砂浆终凝后，拆除钢模，并将含半圆槽3D打印模具3与半边试样分离，此时云母片在半边试样中，如图5；
步骤六，将含有云母片的半边试样放入到组装好的钢模中，并将该半边试样的弧形侧面与钢模2的内表面贴合；
步骤七，往钢模2倒入砂浆，充分振捣；
步骤八，拆除钢模，并将含三维充填裂隙的标准试样取出养护，得到的含充填三维预制裂隙类岩石试样如图6。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具，其特征在于：包括底座(1)、钢模(2)，含半圆槽3D打印模具(3)及云母片(4)；所述钢模(2)置于底座(1)上，所述钢模(2)为一个内部设置有圆柱形空心的柱状结构；所述含半圆槽3D打印模具(3)为一个横截面为半圆形的柱状结构，且与钢模(2)内部的圆柱形空心相适配，含半圆槽3D打印模具(3)的平侧面上设置有半圆槽(6)，所述云母片(4)的一部分嵌入至该含半圆槽(6)中，其余部分裸露在含半圆槽3D打印模具(3)之外。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具，其特征在于：所述底座(1)包括上下两个部分，上下两个部分均为圆柱状，且上部分的横截面积小于下部分，底座(1)的上部分与钢模(2)内部的圆柱形空心相适配，钢模(2)能够套在底座(1)的上部分上。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具，其特征在于：所述钢模(2)纵向分为两部分，连接处设置有楔形接口，钢模(2)的两部分通过螺杆(4)组合在一起。
4.根据权利要求1所述的基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的模具，其特征在于：所述含半圆槽3D打印模具(3)上的半圆槽位于其平侧面的中心位置处。
5.一种基于3D打印技术制作含充填三维预制裂隙类岩石试样的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，通过3D打印得到含半圆槽3D打印模具(3)；
步骤二，将云母片(4)插入到含半圆槽3D打印模具(3)的半圆槽中；
步骤三，将钢模(2)放置在底座(1)上，使用螺杆(4)将钢模(2)的两部分固定，并将插入云母片的含半圆槽3D打印模具(3)放置在钢模(2)中，并将含半圆槽3D打印模具(3)的弧形侧面与钢模(2)的内表面贴合；
步骤四，往钢模(2)内倒入砂浆，并充分振捣；
步骤五，当砂浆终凝后，拆除钢模，并将含半圆槽3D打印模具(3)与半边试样分离，此时云母片在半边试样中；
步骤六，将含有云母片的半边试样放入到组装好的钢模中，并将该半边试样的弧形侧面与钢模(2)的内表面贴合；
步骤七，往钢模(2)倒入砂浆，充分振捣；
步骤八，拆除钢模，并将含三维充填裂隙的标准试样取出养护。
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