CN114112583A - 一种仿节理岩体材料及其制备方法 - Google Patents

一种仿节理岩体材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114112583A
CN114112583A CN202111398798.6A CN202111398798A CN114112583A CN 114112583 A CN114112583 A CN 114112583A CN 202111398798 A CN202111398798 A CN 202111398798A CN 114112583 A CN114112583 A CN 114112583A
Authority
CN
China
Prior art keywords
joint
printing
rock mass
parts
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111398798.6A
Other languages
English (en)
Inventor
孟庆祥
钱坤
李伟
顾锦健
褚卫江
朱淳
崔志浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hohai University HHU
PowerChina Huadong Engineering Corp Ltd
Original Assignee
Hohai University HHU
PowerChina Huadong Engineering Corp Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hohai University HHU, PowerChina Huadong Engineering Corp Ltd filed Critical Hohai University HHU
Priority to CN202111398798.6A priority Critical patent/CN114112583A/zh
Publication of CN114112583A publication Critical patent/CN114112583A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q

Abstract

本发明属于岩体材料技术领域。本发明提供了一种仿节理岩体材料的制备方法，根据现场岩体调查，确定岩体节理分布特征，生成无厚度的节理模型；将节理模型进行3D打印获得实体模型。将800～1200份硅酸盐水泥、400～600份砂砾、280～420份水、1～3份减水剂配制成水泥砂浆，将配制好的水泥砂浆填充进行实体模型中，养护即得仿节理岩体材料。本发明提供的制备方法简便高效，将确定好的节理特征打印成为立体结构，填充水泥砂浆后形成整体模型，利用水泥砂浆的结合能力避免了卸荷松弛效应，可以模仿正常环境中的节理岩体，从而进行性能研究，保证工程安全。

Description

一种仿节理岩体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及岩体材料技术领域，尤其涉及一种仿节理岩体材料及其制备方法。
背景技术
节理岩体是常见的建基岩体。节理密集发育，柱体结构破碎，完整性和力学性质极差，表现出明显的非连续性、非均匀性、非线性和各向异性等复杂力学特性，具有明显的各向异性卸荷松弛效应。在工程开挖等施工活动下，岩体发生卸荷破坏后，直接导致变形和强度参数下降，渗透系数增加，严重影响工程建设和正常安全运营。为了保证工程正常安全运行，对施工区节理岩体的力学特性研究尤为重要。但是由于节理岩体的各向异性卸荷松弛效应，在获得样本后节理岩的性质发生改变，与载荷状态下的节理岩呈现不同的性质。所以，如何获得性质稳定的节理岩体，成为了亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种仿节理岩体材料及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种仿节理岩体材料的制备方法，包含下列步骤：
(1)将水溶性材料按照节理模型进行打印，获得实体模型；
(2)采用水泥砂浆对实体模型进行填充，养护后即得仿节理岩体材料。
作为优选，所述步骤(1)中水溶性材料为PolyLite PLA3D打印材料；所述节理模型的确定方法为计算机随机重构法或Voronoi法。
作为优选，所述步骤(1)中打印为3D打印；
所述3D打印的精度小于等于0.1mm，所述3D打印的首层层高为0.26～0.28mm，所述3D打印的剩余层层高为0.17～0.19mm。
作为优选，所述3D打印的填充密度为14～16％，所述3D打印的打印速度为55～65mm/s，所述3D打印的空走速度为70～90mm/s。
作为优选，所述3D打印的喷头温度为220～230℃，所述3D打印的平台温度为35～45℃。
作为优选，所述3D打印的壁厚为0.05～0.4mm。
作为优选，所述步骤(1)中实体模型的高度为40～200mm。
作为优选，所述步骤(2)中水泥砂浆由包含下列质量份的原料制备得到：
硅酸盐水泥800～1200份、砂砾400～600份、水280～420份、减水剂1～3份；
所述砂砾的粒度为直径小于等于0.5mm，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
作为优选，所述步骤(2)中养护的温度为20～30℃，所述养护的时间为7～9h。
本发明还提供了所述方法制备得到的仿节理岩体材料。
本发明提供了一种仿节理岩体材料的制备方法，根据现场岩体调查，确定岩体节理分布特征，生成无厚度的节理模型；将节理模型进行打印获得实体模型。将配制好的水泥砂浆填充进行实体模型中，养护即得仿节理岩体材料。本发明提供的制备方法简便高效，将确定好的节理特征打印成为立体结构，填充水泥砂浆后形成整体模型，利用水泥砂浆的结合能力避免了卸荷松弛效应，可以模仿正常环境中的节理岩体，从而进行性能研究，保证工程安全。
附图说明
图1为实施例1的实体模型；
图2为实施例1的仿节理岩体材料；
图3为实施例1仿节理岩体材料的单轴压缩曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种仿节理岩体材料的制备方法，包含下列步骤：
(1)将水溶性材料按照节理模型进行打印，获得实体模型；
(2)采用水泥砂浆对实体模型进行填充，养护后即得仿节理岩体材料。
在本发明中，所述步骤(1)中水溶性材料优选为PolyLite PLA 3D打印材料；所述节理模型的确定方法优选为计算机随机重构法或Voronoi法。
在本发明中，根据现场岩体调查，柱状节理岩体的横截面为六边形，而且呈现随机分布，采用计算机随机重构法或Voronoi法能更好的贴合现场柱状节理岩石现状，还原节理岩体的形貌。
在本发明中，所述步骤(1)中打印优选为3D打印。
在本发明中，所述3D打印的精度优选小于等于0.1mm，进一步优选小于等于0.08mm，更优选小于等于0.06mm；所述3D打印的首层层高优选为0.26～0.28mm，进一步优选为0.264～0.276mm，更优选为0.268～0.272mm；所述3D打印的剩余层层高优选为0.17～0.19mm，进一步优选为0.174～0.186mm，更优选为0.178～0.182mm。
在本发明中，所述3D打印的填充密度优选为14～16％，进一步优选为14.4～15.6％，更优选为14.8～15.2％；所述3D打印的打印速度优选为55～65mm/s，进一步优选为56～64mm/s，更优选为58～62mm/s；所述3D打印的空走速度优选为70～90mm/s，进一步优选为75～85mm/s，更优选为78～82mm/s。
在本发明中，所述3D打印的喷头温度优选为210～220℃，进一步优选为212～218℃，更优选为214～216℃；所述3D打印的平台温度优选为35～45℃，进一步优选为36～44℃，更优选为38～42℃。
在本发明中，所述3D打印的壁厚优选为0.05～0.4mm，进一步优选为0.1～0.3mm，更优选为0.15～0.25mm。
在本发明中，所述步骤(1)中实体模型的高度优选为40～200mm，进一步优选为50～150mm，更优选为80～120mm。
在本发明中，所述步骤(2)中水泥砂浆优选由包含下列质量份的原料制备得到：
硅酸盐水泥800～1200份、砂砾400～600份、水280～420份、减水剂1～3份；
在本发明中，所述砂砾的粒度优选为直径小于等于0.5mm，进一步优选小于等于0.04mm，更优选小于等于0.03mm。
所述减水剂优选为聚羧酸减水剂。
在本发明中，所述硅酸盐水泥优选为800～1200份，进一步优选为900～1100份，更优选为950～1050份。
在本发明中，所述砂砾优选为400～600份，进一步优选为450～550份，更优选为480～520份。
在本发明中，所述水优选为280～420份，进一步优选为300～400份，更优选为320～380份。
在本发明中，所述减水剂优选为1～3份，进一步优选为1.5～2.5份，更优选为1.8～2.2份。
在本发明中，所述步骤(2)中养护的温度优选为20～30℃，进一步优选为22～28℃，更优选为24～26℃；所述养护的时间优选为7～9h，进一步优选为7.5～8.5h，更优选为7.8～8.2h。
在本发明中，实体模型为中空多孔状态，将实体模型放入配好的水泥砂浆桶中进行灌浆，待灌满后放入长宽高相同的模具中，养护后脱模，得到仿节理岩体材料。
本发明还提供了所述方法制备得到的仿节理岩体材料。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
根据现场调查确定岩体的节理特征，然后采用计算机随机重构法获得无厚度的节理模型，使用PolyLite PLA 3D打印材料进行3D打印，参数如下：精度为0.08mm，首层层高为0.27mm，剩余层层高为0.18mm，填充密度为15％，打印速度为60mm/s，空走速度为80mm/s，喷头温度为225℃，平台温度为40℃，实体模型的壁厚为0.2mm，实体模型的高度为100mm，获得实体模型，如图1所示。
取PO52.5硅酸盐水泥1000份、粒径为0.04mm的砂砾500份、水350份、聚羧酸减水剂2份，混合均匀后获得水泥砂浆，然后将实体模型放入水泥砂浆桶中，灌满配制好的水泥砂浆，放入模具中在25℃下养护8h，即得仿节理岩体材料，如图2所示。
将本实施例制备得到的仿节理岩体材料进行单轴压缩试验，结果如图3所示。从图中可以看出：仿节理岩体材料与岩石应力-应变曲线相似，即破坏过程可分为5个阶段：(1)裂纹闭合，(2)弹性变形，(3)裂纹初期与稳态增长(4)裂纹损伤和非稳态扩展(5)峰后行为与破坏失效；所以本实施例中制备得到的仿节理岩体材料能很好的贴合岩石力学特性。
本实施例制备得到的岩体材料，试样达到峰值强度时对应的轴向应力为21.26MPa，对应的轴向应变和侧向应变分别为1.05％、0.41％。
实施例2
根据现场调查确定岩体的节理特征，然后采用CAD中的Voronoi法获得无厚度的节理模型，使用PolyLite PLA 3D打印材料进行3D打印，参数如下：精度为0.09mm，首层层高为0.26mm，剩余层层高为0.17mm，填充密度为14％，打印速度为55mm/s，空走速度为70mm/s，喷头温度为220℃，平台温度为35℃，实体模型的壁厚为0.1mm，实体模型的高度为130mm，获得实体模型。
取PO52.5硅酸盐水泥800份、粒径为0.05mm的砂砾400份、水300份、聚羧酸减水剂1份，混合均匀后获得水泥砂浆，然后将实体模型放入水泥砂浆桶中，灌满配制好的水泥砂浆，放入模具中在20℃下养护7h，即得仿节理岩体材料。
本实施例制备得到的岩体材料，试样达到峰值强度时对应的轴向应力为20.98MPa，对应的轴向应变和侧向应变分别为1.03％、0.45％。
实施例3
根据现场调查确定岩体的节理特征，然后采用计算机随机重构法获得无厚度的节理模型，使用PolyLite PLA 3D打印材料进行3D打印，参数如下：精度为0.07mm，首层层高为0.28mm，剩余层层高为0.19mm，填充密度为16％，打印速度为65mm/s，空走速度为90mm/s，喷头温度为230℃，平台温度为45℃，实体模型的壁厚为0.3mm，实体模型的高度为110mm，获得实体模型。
取PO52.5硅酸盐水泥1200份、粒径为0.03mm的砂砾600份、水400份、聚羧酸减水剂3份，混合均匀后获得水泥砂浆，然后将实体模型放入水泥砂浆桶中，灌满配制好的水泥砂浆，放入模具中在30℃下养护9h，即得仿节理岩体材料。
本实施例制备得到的岩体材料，试样达到峰值强度时对应的轴向应力为21.16MPa，对应的轴向应变和侧向应变分别为1.01％、0.39％。
由以上实施例可知，本发明提供了一种仿节理岩体材料，将设计的节理模型通过3D打印的方式获得实体模型，然后填充砂浆养护后即得仿节理岩体材料。本发明提供的制备方法简单，在降低成本的同时还能还原节理岩体的力学性质，方便后续的研究和施工。
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 (10)

1.一种仿节理岩体材料的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：
(1)将水溶性材料按照节理模型进行打印，获得实体模型；
(2)采用水泥砂浆对实体模型进行填充，养护后即得仿节理岩体材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水溶性材料为PolyLitePLA 3D打印材料；所述节理模型的确定方法为计算机随机重构法或Voronoi法。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中打印为3D打印；
所述3D打印的精度小于等于0.1mm，所述3D打印的首层层高为0.26～0.28mm，所述3D打印的剩余层层高为0.17～0.19mm。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印的填充密度为14～16％，所述3D打印的打印速度为55～65mm/s，所述3D打印的空走速度为70～90mm/s。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印的喷头温度为210～220℃，所述3D打印的平台温度为35～45℃。
6.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印的壁厚为0.05～0.4mm。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中实体模型的高度为40～200mm。
8.如权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中水泥砂浆由包含下列质量份的原料制备得到：
硅酸盐水泥800～1200份、砂砾400～600份、水280～420份、减水剂1～3份；
所述砂砾的粒度为直径小于等于0.5mm，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中养护的温度为20～30℃，所述养护的时间为7～9h。
10.权利要求1～9任意一项所述方法制备得到的仿节理岩体材料。
CN202111398798.6A 2021-11-19 2021-11-19 一种仿节理岩体材料及其制备方法 Pending CN114112583A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111398798.6A CN114112583A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种仿节理岩体材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111398798.6A CN114112583A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种仿节理岩体材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114112583A true CN114112583A (zh) 2022-03-01

Family

ID=80440379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111398798.6A Pending CN114112583A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种仿节理岩体材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114112583A (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104515696A (zh) * 2014-12-09 2015-04-15 河海大学 应用3d打印技术的柱状节理岩体相似材料试样的制备方法
CN105651570A (zh) * 2015-12-29 2016-06-08 河海大学 一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法
CN105651572A (zh) * 2015-12-29 2016-06-08 河海大学 一种含充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法
WO2017084406A1 (zh) * 2015-11-20 2017-05-26 中国矿业大学 一种制作三维节理裂隙圆柱型岩石试样的方法
CN106769321A (zh) * 2017-01-10 2017-05-31 河海大学 不同节理粗糙度隐节理岩体模型试样制备方法及制备模具
CN108372571A (zh) * 2018-02-09 2018-08-07 河海大学 一种柱状节理类岩石材料试样的制备方法
DE102017009742A1 (de) * 2017-10-19 2019-04-25 Voxeljet Ag 3d-druckverfahren und damit hergestellte lösliche form insbesondere zur verwendung in kaltguss- und laminierverfahren
CN112345334A (zh) * 2020-11-30 2021-02-09 中南大学 一种基于3d打印的含各向异性节理类岩石试样制备方法
CN112476703A (zh) * 2020-11-04 2021-03-12 东北大学 一种大型三维深部复杂工程地质模型智能化3d打印方法
WO2021163991A1 (zh) * 2020-02-21 2021-08-26 中国矿业大学(北京) 一种围岩应力场全场演化与邻近断层活化机理的表征方法
US20210317042A1 (en) * 2018-07-17 2021-10-14 Hconnect 2 Gmbh Cementitious mixture for a 3d printer and relative use in said printer
US20210355040A1 (en) * 2018-06-12 2021-11-18 China Tiesiju Civil Engineering Group Highly thixotropic 3d printing concrete and manufacturing method therefor

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104515696A (zh) * 2014-12-09 2015-04-15 河海大学 应用3d打印技术的柱状节理岩体相似材料试样的制备方法
WO2017084406A1 (zh) * 2015-11-20 2017-05-26 中国矿业大学 一种制作三维节理裂隙圆柱型岩石试样的方法
CN105651570A (zh) * 2015-12-29 2016-06-08 河海大学 一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法
CN105651572A (zh) * 2015-12-29 2016-06-08 河海大学 一种含充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法
CN106769321A (zh) * 2017-01-10 2017-05-31 河海大学 不同节理粗糙度隐节理岩体模型试样制备方法及制备模具
DE102017009742A1 (de) * 2017-10-19 2019-04-25 Voxeljet Ag 3d-druckverfahren und damit hergestellte lösliche form insbesondere zur verwendung in kaltguss- und laminierverfahren
CN108372571A (zh) * 2018-02-09 2018-08-07 河海大学 一种柱状节理类岩石材料试样的制备方法
US20210355040A1 (en) * 2018-06-12 2021-11-18 China Tiesiju Civil Engineering Group Highly thixotropic 3d printing concrete and manufacturing method therefor
US20210317042A1 (en) * 2018-07-17 2021-10-14 Hconnect 2 Gmbh Cementitious mixture for a 3d printer and relative use in said printer
WO2021163991A1 (zh) * 2020-02-21 2021-08-26 中国矿业大学(北京) 一种围岩应力场全场演化与邻近断层活化机理的表征方法
CN112476703A (zh) * 2020-11-04 2021-03-12 东北大学 一种大型三维深部复杂工程地质模型智能化3d打印方法
CN112345334A (zh) * 2020-11-30 2021-02-09 中南大学 一种基于3d打印的含各向异性节理类岩石试样制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109942262B (zh) 3d打印用纤维增强水泥基材料及制备、性能评价和应用
CN108225859B (zh) 一种基于3d打印技术制备单裂隙岩石试样的方法
CN105651572B (zh) 一种含充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法
CN105651571A (zh) 一种基于3d打印技术的非贯通裂隙岩体试样的制备方法
CN108372571A (zh) 一种柱状节理类岩石材料试样的制备方法
Weger et al. Additive manufacturing of concrete elements using selective cement paste intrusion—Effect of layer orientation on strength and durability
CN106769321A (zh) 不同节理粗糙度隐节理岩体模型试样制备方法及制备模具
KR101904874B1 (ko) 겔캐스팅법을 이용한 퓨즈드실리카 소결체 제조 방법
CN114112583A (zh) 一种仿节理岩体材料及其制备方法
CN103752766B (zh) 一种树脂铸造模具的快速制造方法
CN114414326A (zh) 天然裂缝网络对水力裂缝干扰的岩样制作以及实验方法
MX2023004662A (es) Composicion, nucleo y molde para procesos de moldeo y fundicion.
CN111175105B (zh) 一种层状岩体类岩石试样的制备方法
CN111366427B (zh) 一种制备柱状节理岩石试样的方法
CN113484116A (zh) 无损化制备具有缝洞/裂缝结构的人造岩心的方法以及人造岩心
CN109291210B (zh) 基于多尺度三维的人工石制备方法
JP6387966B2 (ja) 生型鋳型及びその製造方法、並びに鉄系鋳物の製造方法
CN116429595A (zh) 重构裂隙剪切渗流的蠕变与疲劳等效试验与分析方法
CN110907253A (zh) 一种制备含轴向裂隙的圆柱状试样的模具及方法
CN109443886A (zh) 一种定孔喉及颗粒表面性质的模拟岩心制作方法
CN112573940B (zh) 一种组合结构的多温度养护制作方法及组合结构
CN110510939A (zh) 一种水泥基材料中不同尺度孔隙的制备方法
EP1289726A1 (en) Flexible moulds for injection moulding and injection moulding methods using same
CN109269869B (zh) 三维定孔隙人工多孔石制备方法
CN216831861U (zh) 一种制作辅助造型起模球的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination