CN113656946B - 一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，利用计算机辅助建模和3D打印技术，模拟几何要素影响下的多个岩体节理网络分布，获得多个含有不同节理网络的3D打印模型，同时对复制模型和天然岩体试样进行相同的物理力学试验并获取力学参数值，获得复制模型与天然岩体试样的力学参数对应函数关系，从而可以根据打印模型的试验数据推算天然岩体的力学参数值，进而对比分析不同几何参数影响下含节理网络岩体的力学性质变化，本发明的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，无需对天然岩体进行大量试验，即可确定各几何要素对含节理网络岩体力学性质的影响程度，理清各几何要素对岩体节理网络力学性质的影响机理。
Description
技术领域
本发明涉及含节理网络岩体力学领域，尤其涉及一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法。
背景技术
受地壳运动、风化等地质作用以及人类活动影响，岩体受力后发生破裂形成错综复杂的节理网络。岩体中节理网络的存在显著影响岩石的力学性质，降低岩体的稳定性，且节理网络往往会在工程活动中发生扩展，严重威胁工程建设和生命财产安全。因此，对含节理网络的岩体力学性质的研究变得十分必要。
现实中获得大量的含有节理网络的天然岩体的工程量巨大且十分困难，限制了对天然岩体进行大量试验，以致较难对岩体节理网络的几何影响开展研究。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，通过计算机建模软件设计出不同几何条件下的岩体节理网络数字模型，利用3D打印技术将数字模型转化为节理网络模型实体，可获取不同几何分布模式下的岩体节理网络模型，进而获取不同几何参数下的岩体节理网络的力学性质，可对几何影响进行充分分析。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，选取一种岩体随机节理网络几何要素，选取该几何要素的概率分布模型，设置不同的分布参数值，模拟岩体节理网络；
S2，利用计算机建模软件，根据步骤S1中的不同节理网络分布，建立基于该几何要素的多个含节理网络的三维数字模型以用于3D打印，对建立完成的节理网络三维数字模型进行切片处理，并将其保存为3D打印设备支持使用的文件格式；
S3，根据试验需求和试验条件，选择对应的3D打印材料和打印设备，将切片完成后的文件传输到3D打印设备中，设置打印参数并进行3D打印工作，获得基于该几何要素的多个不同节理网络打印模型，并将其养护成型；
S4，采样含有节理网络的天然岩体试样，采用与步骤S3相同的打印材料和打印设备复制该天然岩体的节理网络，得到复制模型，对复制模型和天然岩体试样进行相同的物理力学试验并获取力学参数值，获得复制模型与天然岩体试样的力学参数对应函数关系，建立复制模型与天然岩体试样力学参数的对应函数关系，不同力学参数具有各自的函数关系；
S5，对打印模型进行各种物理力学试验，获得打印模型的力学参数值，通过步骤S4所确定的函数关系，推算打印模型对应含节理网络的天然岩体的力学参数值，结合模型破坏过程，分析该几何要素对含节理网络的岩体力学性质的影响程度；
S6，重复步骤S1至S5，对其他的几何要素分别进行研究，分析各几何要素对含节理网络岩体力学性质的影响程度，判识主要几何影响要素，理清各几何要素对岩体节理网络力学性质的影响机理。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S1中，岩体随机节理网络的几何要素包括节理产状、节理隙宽、节理尺寸、节理密度及节理粗糙度，研究一种几何要素对含有节理网络的岩体力学性质的影响时，需保持岩体内的其他几何要素不变或其变化不影响岩体的力学性质。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S1中，所述的概率分布模型为根据实际岩体节理网络进行测量和统计所得的概率分布模型或者为概率分布函数，主要的概率分布函数包括均匀分布、正态分布、对数正态分布、柯西分布、指数分布、学生分布、χ2分布、t分布、F分布、Γ分布及β分布，选择适宜的概率分布模型以贴近真实的节理网络分布，通过设置概率分布模型的不同参数值模拟不同节理网络。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S2中，所述三维数字模型的空间形状为圆柱体、正方体、长方体或球体。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S3中，所述打印材料包括光敏树脂、PLA聚乳酸、ABS塑料、金属陶瓷、水泥、石膏及高分子复合材料。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S4及S5中，所述物理力学试验包括压缩试验及声波测试。
更进一步优选的，所述压缩试验包括单轴压缩试验及三轴压缩试验。
更进一步优选的，所述压缩试验与声波测试同步进行。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S4中，对于不同的力学参数，复制模型与天然岩体试样呈现出不同的函数对应关系，力学参数包括抗压强度、内聚力、内摩擦角及抗剪强度，函数关系包括一次函数、二次函数、指数函数、对数函数、幂函数、反比例函数及复合函数。
更进一步优选的，步骤S5中，分析几何要素对含节理网络的岩体力学性质的影响程度的具体过程为，观察打印模型的破坏过程，记录破坏过程出现的现象，并对破坏后的模型进行描述，分析该几何要素影响下的随机节理网络模型的破坏特征，获得随机节理网络岩体的应力-应变曲线，将不同概率分布下的节理网络模型的力学参数值与模型破坏特征相结合，分析该几何要素对含有节理网络的岩体力学性质的影响程度。
本发明的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，利用计算机辅助建模和3D打印技术，能够模拟几何要素影响下的多个岩体节理网络分布，获得多个含有不同节理网络的3D打印模型，从而能够对含有节理网络的岩体进行多种物理力学试验，克服了现阶段无法对岩体节理网络几何影响进行大规模、系统化研究的弊端；
(2)本发明的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，通过获得复制模型与天然岩体试样力学参数的对应函数关系，从而可以根据打印模型的试验数据推算天然岩体的力学参数值，进而对比分析不同几何参数影响下含节理网络岩体的力学性质变化，对含节理网络岩体力学参数的几何影响进行充分研究；
(3)本发明提供的含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，能够确定各几何要素对含节理网络岩体力学性质的影响程度，判识主要几何影响要素，理清各几何要素对岩体节理网络力学性质的影响机理，对岩体力学的研究和发展具有重要意义；
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，包括以下步骤：
S1，选取一种岩体随机节理网络几何要素，选取该几何要素的概率分布模型，设置不同的分布参数值，模拟岩体节理网络；
步骤S1中，选取岩体随机节理网络几何要素和概率分布模型并模拟不同节理网络分布的具体过程为：
步骤S101，选取一种岩体随机节理网络几何要素。岩体随机节理网络的几何要素包括节理产状、节理隙宽、节理尺寸、节理密度、节理粗糙度，研究该几何要素对含有节理网络的岩体力学性质的影响时，应保持岩体内的其他几何要素不变或其变化不影响岩体的力学性质；
步骤S102，选取该几何要素的概率分布模型。概率分布模型应符合实际分布规律，所述的概率分布模型为根据实际岩体节理网络进行测量和统计所得的概率分布模型或者为概率分布函数，主要的概率分布函数包括均匀分布、正态分布、对数正态分布、柯西分布、指数分布、学生分布、χ2分布、t分布、F分布、Γ分布、β分布，根据实际需求选择适宜的分布函数以贴近真实的节理网络分布。
步骤S103，根据试验需求和岩体节理网络实际分布情况，设置概率分布模型的不同参数值，模拟不同节理网络；
步骤S2，利用计算机建模软件，根据步骤S1中的不同节理网络分布，建立基于该几何要素的多个含节理网络的三维数字模型以用于3D打印，对建立完成的节理网络三维数字模型进行切片处理，并将其保存为3D打印设备支持使用的文件格式；
步骤S2中，根据不同参数值下的节理网络分布建立随机节理网络三维数字模型并进行切片处理的具体过程为：
步骤S201，确定3D打印模型的空间形状，可根据试验目的和试验要求，打印不同空间形状的模型试样，如圆柱体、正方体、长方体、球体；
步骤S202，根据步骤S1中不同参数值下的节理网络，利用计算机建模软件，如SolidWorks、CATIA、UG、Pro/E、Rhino、Blender、CAD，建立该几何要素影响下的多个随机节理网络三维数字模型；
步骤S203,对节理网络三维数字模型进行切片处理，即利用切片软件将三维数字模型分为厚度均等的数层，同时计算出打印机在打印每一层时所行走的路径。将切片完成后的文件保存为3D打印设备支持的文件格式，如*.gcode、*.x3g格式；
具体地，对三维数字模型进行切片处理的具体过程如下：
将建立完成的三维数字模型导出为.STL格式或.OBJ格式，将中间交换格式的.STL或.OBJ文件导入到切片软件(如Cura、Makerbot、XBuilder、Repetier-Host等)当中，进行切片操作(即生成打印机能识别的数据流格式文件)，设置打印参数，切片完成后将文件导出为打印机支持的文件格式即可；
步骤S3，根据试验需求和试验条件，选择适宜的3D打印材料和打印设备，将切片完成后的文件传输到3D打印设备中，设置打印参数并进行3D打印工作，获得基于该几何要素的多个不同节理网络打印模型，并将其养护成型；
步骤S3中，进行3D打印工作获得基于该几何要素的多个不同节理网络打印模型的具体过程为：
步骤S301，选择适宜的打印材料，要求该材料能够模拟真实岩体，如光敏树脂、PLA塑胶、ABS塑料、陶瓷粉末、水泥、石膏、高分子粉末材料，打印材料根据试验需求和试验条件而定；
在此补充说明的是，所述3D打印原材料可通过制备获得，在天然岩体试样的同一地点采取岩石，对其进行粉末化处理，并选取合适的胶粘剂种类，制备3D打印原材料。
3D打印原材料的制备方法为：在天然岩体试样的同一地点采取与天然岩体试样相同种类的岩石，将天然岩体进行破碎，之后对岩石碎屑进一步研磨，获得岩石粉末。然后，根据试验要求和岩石种类，选取合适的岩石粉末胶粘剂，对岩石粉末进行有效的粘结。胶粘剂的种类包括环氧树脂类胶粘剂、有机硅类胶粘剂、水泥等。
步骤S302，选择适宜的3D打印工艺及打印设备，常见的3D打印工艺有熔融层积成型(FDM)、立体光固化成型(SLA)、分层实体成型(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、电子束熔化成型(EBM)、三维印刷工艺(3DP)，根据选定的打印材料以及试验需求和试验条件选择相应的3D打印工艺和打印设备；
步骤S303，将切片完成的文件传输到3D打印设备，设置打印参数，利用选定的打印材料进行3D打印工作，获得基于该几何要素的多个不同节理网络打印模型，并将打印模型养护成型；
步骤S4，采样含有节理网络的天然岩体试样，采用与步骤S3相同的打印材料和打印设备复制该天然岩体的节理网络，得到复制模型，对复制模型和天然岩体试样进行相同的物理力学试验并获取力学参数值，获得复制模型与天然岩体试样的力学性质经验关系，建立复制模型与天然岩体试样力学参数的对应函数关系，不同力学参数具有各自的函数关系；
步骤S4中，获取含有节理网络的天然岩体试样及其复制模型，建立复制模型与天然岩体试样在不同力学参数上的对应函数关系的具体过程为：
步骤S401,采样含有随机节理网络的天然岩体试样，对该试样进行CT扫描，并将扫描图像进行处理，获得天然岩体试样的节理网络三维空间扫描图像；
具体地，采用CT扫描可以获得天然岩体试样的三维空间扫描图像，从而反映节理网络的空间分布特征。但是由于CT扫描分辨率的限制，通过CT扫描获取的图像具有分辨率低、对比度差等缺点，因此需要对扫描图像进行处理以获取清晰的天然岩体试样节理网络三维空间扫描图像。图像处理主要包括图像加强、图像滤波、图像分割等内容。其中，图像增强是为了提高扫描图像的对比度，使原来对比度低的图像变得清晰，改善图像质量，扩大CT图像中孔隙与骨架之间的灰度差异，以满足三维数字模型分割及后续分析的需要，主要方法有直方图的图像增强及图像灰度的变换增强等；图像滤波的目的是在尽量保留扫描图像特征的前提下消除扫描过程中产生的噪声，主要的滤波方法有中值滤波、各向异性扩散滤波、非局部均值滤波等，可根据实际情况选用相应的图像滤波方法；图像分割是将三维数字模型的骨架与孔隙进行合理地分割以定量表征岩体的微观结构，主要方法有阈值分割法、分水岭算法等，具体方法可根据实际情况灵活选用；
步骤S402，根据天然岩体试样的节理网络三维空间扫描图像，利用计算机建模软件，建立天然岩体试样的三维数字模型，采用步骤S3中选定的打印材料及相应的打印方法，进行3D打印工作，获得天然岩体试样的复制模型，并养护成型；
进一步地，所述计算机建模软件包括SolidWorks、CATIA、UG、Pro/E、Rhino、Blender、CAD等。进行3D打印工作前，应将根据天然岩体试样所建立的三维数字模型进行切片操作，并转换为3D打印设备可以识别的文件格式，如STL、OBJ、AMF、3DMF等，应根据试验中具体采用的3D打印设备而定。在进行3D打印工作时，应采用步骤S3中选定的打印材料和打印设备进行打印，保证天然岩体试样的复制模型与步骤S3所获得的打印模型具有相同的打印材料，以此确保步骤S403中所获得的函数关系能够推算真实岩体中的力学参数；
步骤S403，对复制模型和天然岩体试样开展相同的物理力学试验，包括单轴压缩试验、三轴压缩试验及声波测试等，进行压缩试验时可同步进行声波测试，试验应按照相关规范要求进行开展，获得复制模型和天然岩体试样的力学参数值，明析复制模型与天然岩体试样的力学性质经验关系，建立复制模型与天然岩体试样力学参数的对应函数关系，不同力学参数具有各自的函数关系；
具体地，物理力学试验的开展应满足相关规范要求，可参考《工程岩体试验方法标准GB/T 50266-2013》等相关文件，后续如有更新，应按照最新的规范要求执行；对于不同的力学参数，复制模型与天然岩体试样呈现出不同的函数对应关系,力学参数包括抗压强度、内聚力、内摩擦角及抗剪强度等，函数关系包括一次函数、二次函数、指数函数、对数函数、幂函数、反比例函数及复合函数等，根据不同力学参数，获取对应的函数关系，以此通过复制模型的力学参数推算天然岩体试样的力学参数；
步骤S5，对打印模型进行各种物理力学试验，获得打印模型的力学参数值，通过步骤S4所确定的函数关系，推算含节理网络的天然岩体的力学参数值，结合模型破坏过程，分析该几何要素对含节理网络的岩体力学性质的影响程度；
步骤S5中，获取打印模型的力学参数值并分析该几何要素对含节理网络岩体力学参数的影响程度的具体过程包括：
步骤S501，对养护成型的打印模型开展各种物理力学试验，获得含不同节理网络的打印模型的力学参数值，进行压缩试验时可同步进行声波测试，通过步骤S4所确定的函数关系，推算含节理网络天然岩体中相应的力学参数值；
具体地，物理力学试验的开展应满足相关规范要求，可参考《工程岩体试验方法标准GB/T 50266-2013》等相关文件，后续如有更新，应按照最新的规范要求执行；
步骤S502，观察打印模型的破坏过程，记录破坏过程出现的现象，并对破坏后的模型进行描述，分析该几何要素影响下的随机节理网络模型的破坏特征；
步骤S503，收集整理试验数据并绘制图表，获得随机节理网络岩体的应力-应变曲线，将不同概率分布下的节理网络模型的力学参数值与模型破坏特征相结合，分析该几何要素对含有节理网络的岩体力学性质的影响程度。
步骤S6，重复步骤S1至S5，对其他的几何要素分别进行研究，分析各几何要素对含节理网络岩体力学性质的影响程度，判识主要几何影响要素，对含节理网络岩体力学参数的几何影响进行综合分析，理清各几何要素对岩体节理网络力学性质的影响机理。
本发明提供的含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，利用计算机辅助建模和3D打印技术，能够模拟几何要素影响下的多个岩体节理网络分布，获得多个含有不同节理网络的3D打印模型，从而能够对含有节理网络的岩体进行多种物理力学试验，克服了现阶段无法对岩体节理网络几何影响进行大规模、系统化研究的弊端。
同时，本发明能够获得力学参数对应函数关系，从而可以根据打印模型的试验数据推算天然岩体的力学参数值，进而对比分析不同几何参数影响下含节理网络岩体的力学性质变化，对含节理网络岩体力学参数的几何影响进行充分研究。能够确定各几何要素对含节理网络岩体力学性质的影响程度，判识主要几何影响要素，理清各几何要素对岩体节理网络力学性质的影响机理，对岩体力学的研究和发展具有重要意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，选取一种岩体随机节理网络几何要素，选取该几何要素的概率分布模型，设置不同的分布参数值，模拟岩体节理网络；
S2，利用计算机建模软件，根据步骤S1中的不同节理网络分布，建立基于该几何要素的多个含节理网络的三维数字模型以用于3D打印，对建立完成的节理网络三维数字模型进行切片处理，并将其保存为3D打印设备支持使用的文件格式；
S3，根据试验需求和试验条件，选择对应的3D打印材料和打印设备，将切片完成后的文件传输到3D打印设备中，设置打印参数并进行3D打印工作，获得基于该几何要素的多个不同节理网络打印模型，并将其养护成型；
S4，采样含有节理网络的天然岩体试样，采用与步骤S3相同的打印材料和打印设备复制该天然岩体的节理网络，得到复制模型，对复制模型和天然岩体试样进行相同的物理力学试验并获取力学参数值，获得复制模型与天然岩体试样的力学参数对应函数关系，建立复制模型与天然岩体试样力学参数的对应函数关系，不同力学参数具有各自的函数关系；
S5，对打印模型进行各种物理力学试验，获得打印模型的力学参数值，通过步骤S4所确定的函数关系，推算打印模型对应含节理网络的天然岩体的力学参数值，结合模型破坏过程，分析该几何要素对含节理网络的岩体力学性质的影响程度；
S6，重复步骤S1至S5，对其他的几何要素分别进行研究，分析各几何要素对含节理网络岩体力学性质的影响程度，判识主要几何影响要素，理清各几何要素对岩体节理网络力学性质的影响机理。
2.如权利要求1所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于：步骤S1中，岩体随机节理网络的几何要素包括节理产状、节理隙宽、节理尺寸、节理密度及节理粗糙度，研究一种几何要素对含有节理网络的岩体力学性质的影响时，需保持岩体内的其他几何要素不变或其变化不影响岩体的力学性质。
3.如权利要求1所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于：步骤S1中，所述的概率分布模型为根据实际岩体节理网络进行测量和统计所得的概率分布模型或者为概率分布函数，概率分布函数包括均匀分布、正态分布、对数正态分布、柯西分布、指数分布、学生分布、χ2分布、t分布、F分布、Γ分布及β分布。
4.如权利要求1所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于：步骤S2中，所述三维数字模型的空间形状为圆柱体、正方体、长方体或球体。
5.如权利要求1所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于：步骤S3中，所述打印材料包括光敏树脂、PLA聚乳酸、ABS塑料、金属陶瓷、水泥、石膏及高分子复合材料。
6.如权利要求1所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于：步骤S4及S5中，所述物理力学试验包括压缩试验及声波测试。
7.如权利要求6所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于：所述压缩试验包括单轴压缩试验及三轴压缩试验。
8.如权利要求6所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于：所述压缩试验与声波测试同步进行。
9.如权利要求1所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于，步骤S4中，对于不同的力学参数，复制模型与天然岩体试样呈现出不同的函数对应关系，力学参数包括抗压强度、内聚力、内摩擦角及抗剪强度，函数关系包括一次函数、二次函数、指数函数、对数函数、幂函数、反比例函数及复合函数。
10.如权利要求1所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于：步骤S5中，分析几何要素对含节理网络的岩体力学性质的影响程度的具体过程为，观察打印模型的破坏过程，记录破坏过程出现的现象，并对破坏后的模型进行描述，分析该几何要素影响下的随机节理网络模型的破坏特征，获得随机节理网络岩体的应力-应变曲线，将不同概率分布下的节理网络模型的力学参数值与模型破坏特征相结合，分析该几何要素对含有节理网络的岩体力学性质的影响程度。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106447776A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-02-22 | 北京科技大学 | 基于3d打印制作的复杂裂隙岩体物理模型及建模方法 |
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| CN110126058A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-16 | 重庆大学 | 一种基于ct可视化和3d打印的岩样制备方法 |
| CN110362914A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-10-22 | 四川农业大学 | 一种不规则柱状节理网络模型随机生成方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106447776A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-02-22 | 北京科技大学 | 基于3d打印制作的复杂裂隙岩体物理模型及建模方法 |
| CN108629126A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-10-09 | 中国地质大学（北京） | 一种考虑宏细观缺陷耦合的岩体力学数值建模方法 |
| CN109269914A (zh) * | 2018-10-11 | 2019-01-25 | 山东科技大学 | 一种研究岩石节理面剪切破坏过程的分析方法及试验系统 |
| CN110126058A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-16 | 重庆大学 | 一种基于ct可视化和3d打印的岩样制备方法 |
| CN110362914A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-10-22 | 四川农业大学 | 一种不规则柱状节理网络模型随机生成方法 |
| CN113146797A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-23 | 中国地质大学（武汉） | 含随机结构面网络的岩体模型3d打印及力学参数获取方法 |
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| 3D 打印技术在节理岩体试样制备中的应用与研究;徐竟航等;《铁道勘察》(第3期);70-74 * |
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