CN212301069U - 一种基于3d打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，所述制样模具包括底座、柱体和裂隙板，所述底座为上端开口下端封闭的中空结构，柱体与底座的中空部分配合连接，所述裂隙板位于柱体内，所述裂隙板用于在制作岩体试件时构建岩体的裂隙；在本实用新型中，所述裂隙板与柱体的下表面的夹角可以根据被模拟的真实岩体的裂隙角度进行调整，可以更好的模拟真实岩体的状态，使得到的岩体试件能最大限度的还原真实裂隙的情况；所述模具采用常温下质感较硬，100～150℃下易气化的材料制成，当岩体试件成型并拆模后，试件内残留的裂隙板和固定杆可以通过高温快速去除，既方便又不会破坏试件的物理结构。

Description

一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具

技术领域

本实用新型涉及三维裂隙岩体试件的制样模具的技术领域，尤其涉及一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具。

背景技术

随着我国水电、交通、铁道、能源、矿山、军工等领域的基础设施建设进入高速发展期，出现一大批规模宏大地质条件极为复杂的重大工程，而非连续面的力学行为在一定程度上决定了这些工程岩体结构的安全性。因此，急需开展、加强有关裂隙岩体力学性质及其破坏机理的基础研究工作。在普遍定义中，岩石与岩体的重要区别就是岩体中含有裂隙面，裂隙面破坏了岩石自身的完整性和连续性，岩体的强度要远低于岩石强度。由于岩体是地质历史作用的产物，并遭受到后期地壳运动和地球外部应力的重新塑造，具有一定的岩石组成和裂隙网络。

考虑到天然岩体试样结构的复杂性与取样难度，一般很难通过真实的岩体试样对其的力学变形特性与破坏规律进行研究，通常采用自制裂隙岩体模型来替代天然岩体试样，现有的制作模具在浇筑和振捣过程中容易冲击到裂隙成型板，因此难以稳定控制裂隙的倾斜角度等参数，而且现有的制样模具不能快捷、精确地调整裂隙成型板的倾斜角度。因此对于制备不同裂隙倾斜角度的模型而言，其操作非常不方便。同时由于裂隙倾斜角度的波动、以及角度的不精确，也无法确保后续试验和数值计算的准确性，因此需要一种即实用又能保证模拟岩体裂隙角度的模具来实现试件的制备。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的要解决的技术问题是：设计一种能稳定控制裂隙的倾斜角度参数，并能快速拆卸的模具。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，包括底座、柱体和裂隙板。

所述底座为圆形柱体结构，且底座为上端开口下端封闭的中空结构。

所述柱体为圆柱管结构，所述柱体的下端与底座中空部分间隙配合。

所述裂隙板位于柱体内，所述裂隙板的轴线与柱体的下表面有夹角。

所述裂隙板的两端沿裂隙板的轴线设有两个固定杆，所述每个固定杆的一端与裂隙板固定连接，每个固定杆的另一端与柱体的内圆柱面固定连接。

作为优选，所述模具采用常温下质感较硬，100～150℃下易气化的材料制成。通过使用该材料，可以通过高温去除成型岩体试件中的固定杆和用于产生裂隙的裂隙板，固定杆和裂隙板在高温下气化，使去除裂隙板的方式更为简单实用，避免在去除裂隙板的过程中破坏岩体试件的结构和力学性能。

作为优选，所述裂隙板与柱体的下表面的夹角可以根据被模拟的真实岩体的裂隙角度进行调整。通过被模拟的真实岩体的裂隙角度来调整裂隙板与柱体的下表面的角度，可以更好的模拟真实岩体的状态，使得到的岩体试件能最大限度的还原真实裂隙的情况，大大提高岩体实验的准确性。

作为优选，所述固定杆为圆柱体结构，固定杆用于固定裂隙板。通过设置固定杆对裂隙板起固定作用，同时固定杆的直径较小，减少固定杆气化后对岩体试件结构的影响，提高岩体试件还原真实岩体的能力，从而提高岩体实验的准确性。

作为优选，所述底座中空部分的底部竖直设有至少5个圆形通孔，所述圆形通孔以底座的轴线按圆周均匀分布。所述柱体下表面上竖直设有至少5个连接柱，所述连接柱以柱体的轴线按圆周均匀分布。所述连接柱为圆柱体结构，所述连接柱与圆形通孔一一对应，且连接柱和圆形通孔间隙配合。

通过设置连接柱和圆形通孔，使底座与柱体配合连接时更加稳定可靠，使该模具在使用时，底座与柱体不容易发生脱落。

作为优选，所述底座和柱体配合连接时，柱体的外圆柱面与底座中空部分的内圆柱面之间留有间隙。通过在柱体的外圆柱面与底座中空部分的内圆柱面之间留有间隙，防止柱体与底座连接过于紧密不方便拆拆模。

作为优选，所述柱体的外圆柱面上沿柱体的轴向设有一个开口，所述开口沿柱体轴向贯穿柱体，且开口沿柱体的径向由柱体外侧延伸至柱体内侧。通过设置开口，便于试件成型后拆卸模具，岩体试件成型后，借助工具对开口施加力，柱体变形使开口扩大，此时沿开口探入刀片就可以轻松将固定杆切断，使岩体试件与柱体脱离，从而轻松取出岩体试件。

作为优选，所述一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具还包括一个环形抱箍，所述环形抱箍套设在靠近柱体顶部的位置。通过设置环形抱箍，可以有效防止在制样时柱体被制样材料撑开，从而影响制样，同时环形抱箍只需要用工具松开，就可以轻松从柱体上取下，方便制样后拆模。

作为优选，所述一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具的3D建模软件使用Blender软件，将数字模型输入3D打印机，完成模具制作。Blender 是一款开源的跨平台全能三维动画制作软件，提供从建模、动画、材质、渲染、到音频处理、视频剪辑等一系列动画短片制作解决方案，通过使用Blender软件对模具进行三维数字建模，使模具建模和对数字模型的应用都极为便捷高效。

相对于现有技术，本实用新型至少具有如下优点：

1.该模具通过被模拟的真实岩体的裂隙角度来调整裂隙板与柱体的下表面的夹角，可以更好的模拟真实岩体的状态，使得到的岩体试件能最大限度的还原真实裂隙的情况，大大提高岩体实验的准确性。

2.通过使用在常温条件下质感较硬，可做固体使用，在100～150℃条件下易气化的材料，可以通过高温去除成型岩体试件中的固定杆和用于产生裂隙的裂隙板，固定杆和裂隙板在高温下气化，使去除裂隙板的方式更为简单实用，避免在去除裂隙板的过程中破坏岩体试件的结构和力学性能，得到的岩体试件能最大限度的还原真实裂隙的情况。

3.通过设置开口，便于试件成型后拆卸模具，岩体试件成型后，借助工具对开口施加力，柱体变形使开口扩大，此时沿开口探入刀片就可以轻松将固定杆切断，使岩体试件与柱体脱离，从而轻松取出岩体试件。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构的立体图。

图2为本实用新型的整体结构的俯视图。

图3为本实用新型中底座的立体图。

图4为本实用新型中柱体的立体图。

图5为本实用新型中裂隙板的位置示意图。

图中，1-底座，11-底座中空部分，12-圆形通孔，2-柱体，21-连接柱，22-开口，3-裂隙板，31-固定杆，4-间隙，5-裂隙板轴线，6-柱体下表面的平行面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1-4，本实用新型提供的一种实施例：

实施例1：一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，包括底座1、柱体2和裂隙板3。

所述底座1为圆形柱体结构，且底座1为上端开口下端封闭的中空结构。

所述柱体2为圆柱管结构，所述柱体2的下端可与底座中空部分11间隙配合。

所述裂隙板3位于柱体2内，所述裂隙板3的轴线与柱体2的下表面有夹角。

所述裂隙板3的两端沿裂隙板3的轴线设有两个固定杆31，所述每个固定杆31的一端与裂隙板3固定连接，每个固定杆31的另一端与柱体2的内圆柱面固定连接。

所述模具采用常温下质感较硬，100～150℃下易气化的材料制成。具体实施时，可以采用 PVC工业合成材料、PA塑料合成材料和酐酸工业合成材料等。

所述裂隙板3与柱体2的下表面的夹角可以根据被模拟的真实岩体的裂隙角度进行调整。具体实施时，还可以根据被模拟的真实岩体来调整裂隙板的尺寸和形状。

所述固定杆31为圆柱体结构，固定杆（31）用于固定裂隙板（3）。具体实施时，可以采用如下的一组数据：

底座：直径53cm、厚度1cm。

柱体：高度100cm、壁厚1cm、内圈直径50cm、外圈直径52cm。

裂隙板：长度10cm、宽度5cm、厚度2cm、裂隙板与柱体的下表面的角度为45°。

固定杆：直径0.4cm。根据柱体内圈直径和柱体高度以及裂隙板尺寸来确定固定杆的直径，确保在制样时，固定杆对裂隙板起固定作用，同时确保制样完成后，固定杆消除后留下的间隙对岩体试件结构的影响较小。

所述底座中空部分11的底部竖直设有至少5个圆形通孔12，所述圆形通孔12以底座的轴线按圆周均匀分布。

所述柱体2下表面上竖直设有至少5个连接柱21，所述连接柱21以柱体2的轴线按圆周均匀分布。

所述连接柱21为圆柱体结构，所述连接柱21与圆形通孔12一一对应，且连接柱21与圆形通孔12间隙配合。具体实施时，连接柱21的数量可以是5个、6个、7个或更多，具体根据模具的尺寸大小而定。

所述底座1和柱体2配合连接时，柱体2的外圆柱面与底座中空部分11的内圆柱面之间留有间隙4。具体实施时，0.1cm≤间隙4的宽度≤0.2cm，可以是0.1cm、0.12cm、0.15cm、0.2cm。间隙小于0.1cm可能导致柱体2的外圆柱面与底座中空部分11的内圆柱面配合过于紧密，不方便拆模。间隙大于0.2cm可能导致柱体2在底座1上发生晃动，影响岩体试件的制作。

所述柱体2的外圆柱面上沿柱体2的轴向设有一个开口22，所述开口22沿柱体2轴向贯穿柱体2，且开口22沿柱体2的径向由柱体2外侧延伸至柱体2内侧。具体实施时，0.1cm≤开口22的宽度≤0.3cm，可以是0.1cm、0.18cm、0.2cm、0.3cm，开口22的宽度小于0.1cm，不利于拆模。开口22的宽度大于0.3cm，向柱体2内加入制作岩体试件的半液态混合物时，该混合物会从开口22溢出。

所述一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具还包括一个环形抱箍，所述环形抱箍套设在靠近柱体2顶部的位置。所述环形抱箍为现有技术，具体实施时，环形抱箍为现有技术，可以根据柱体外圈直径选择抱箍的规格。

所述制样模具的三维建模使用Blender软件，将三维模型数据输入3D打印机，完成模具制作。

本实用新型限定的一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具的工作原理如下：

模具的准备：试验人员将需要检测的真实岩体的裂隙参数测出；根据这些参数设计模具，特别是对裂隙板参数的设计，再利用Blender软件进行模具的三维建模，再将模具模型数据导入到3D打印机，3D打印机打印出试件模具。

模具的使用：将模具的底座1和柱体2配合连接，向柱体2内加入制作岩体试件的原料，岩体试件成型后，将柱体2与底座1分离，用工具松开环形抱箍，将环形抱箍从柱体2上取下，然后借助工具对开口22施加力，柱体2变形使开口22扩大，此时沿开口22探入刀片就可以轻松将固定杆31切断，使岩体试件与柱体2脱离，此时上下推动岩体试件，从而轻松将岩体试件从柱体2内取出，再利用高温处理消除岩体试件内的裂隙板3和固定杆31，从而得到能够准确模拟真实岩体的岩体试件。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，其特征在于：包括底座（1）、柱体（2）和裂隙板（3）；

所述底座（1）为圆形柱体结构，且底座（1）为上端开口下端封闭的中空结构；

所述柱体（2）为圆柱管结构，所述柱体（2）的下端与底座中空部分（11）间隙配合；

所述裂隙板（3）位于柱体（2）内，所述裂隙板（3）的轴线与柱体（2）的下表面有夹角；

所述裂隙板（3）的两端沿裂隙板（3）的轴线设有两个固定杆（31），所述每个固定杆（31）的一端与裂隙板（3）固定连接，每个固定杆（31）的另一端与柱体（2）的内圆柱面固定连接。

2.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，其特征在于：所述模具采用常温下质感较硬，100～150℃下易气化的材料制成。

3.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，其特征在于：所述裂隙板（3）与柱体（2）的下表面的角度可以根据被模拟的真实岩体的裂隙角度进行调整。

4.如权利要求3所述的一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，其特征在于：所述固定杆（31）为圆柱体结构，固定杆（31）用于固定裂隙板（3）。

5.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，其特征在于：所述底座中空部分（11）的底部竖直设有至少5个圆形通孔（12），所述圆形通孔（12）以底座（1）的轴线按圆周均匀分布；

所述柱体（2）下表面上竖直设有至少5个连接柱（21），所述连接柱（21）以柱体（2）的轴线按圆周均匀分布；

所述连接柱（21）为圆柱体结构，所述连接柱（21）与圆形通孔（12）一一对应，且连接柱（21）与圆形通孔（12）间隙配合。

6.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，其特征在于：所述底座（1）和柱体（2）配合连接时，柱体（2）的外圆柱面与底座中空部分（11）的内圆柱面之间留有间隙（4）。

7.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，其特征在于：所述柱体（2）的外圆柱面上沿柱体（2）的轴向设有一个开口（22），所述开口（22）沿柱体（2）轴向贯穿柱体（2），且开口（22）沿柱体（2）的径向由柱体（2）外侧延伸至柱体（2）内侧。

8.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，其特征在于：还包括一个环形抱箍，所述环形抱箍套设在靠近柱体（2）顶部的位置。

9.如权利要求7所述的一种基于3D打印技术的三维裂隙岩体试件的制样模具，其特征在于：所述制样模具的三维建模使用Blender软件，将三维模型数据输入3D打印机，完成模具制作。

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