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原文传递一种裂隙结构岩体的3D打印重构方法及裂隙结构岩体

专利名称：	一种裂隙结构岩体的3D打印重构方法及裂隙结构岩体
摘要：	本发明涉及一种裂隙结构岩体的3D打印重构方法及裂隙结构岩体，主要包括：确定天然裂隙结构岩体中岩块的力学特性与破坏特性；确定天然裂隙结构岩体中结构面的剪切与拉伸力学特性及破坏特征；确定3D打印重构裂隙结构岩体岩块与结构面的力学特性相似比；岩块3D打印材料选择及相似性保证；结构面3D打印材料选择及结构设计；裂隙结构岩体3D建模与输出。该3D打印重构方法能够精确重构出结构复杂的裂隙结构岩体，在此基础上，可以开展结构完全一致的裂隙结构岩体在不同力学边界条件下的破坏性试验。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	中国科学院武汉岩土力学研究所
发明人：	夏英杰;张传庆;单治钢;周辉;高阳;刘宁
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910592802.9
公开号：	CN110398400A
代理机构：	北京众达德权知识产权代理有限公司
代理人：	刘杰
分类号：	G01N1/28(2006.01);G;G01;G01N;G01N1
申请人地址：	430071 湖北省武汉市武昌区水果湖街小洪山2号
主权项：	1.一种裂隙结构岩体的3D打印重构方法及裂隙结构岩体，其特征在于，包括以下步骤：对天然裂隙结构岩体中的岩块进行单轴压缩力学试验，获得岩块的应力-应变力学特性和破坏特性；对天然裂隙结构岩体中的结构面进行剪切和拉伸试验，获得所述裂隙结构岩体的结构面剪切与拉伸力学特性和破坏特征；确定3D打印重构裂隙结构岩体岩块与结构面的力学特性相似比；岩块3D打印材料选择及相似性保证；结构面3D打印材料选择及结构设计；裂隙结构岩体3D建模与输出。 2.如权利要求1所述的裂隙结构岩体的3D打印重构方法，其特征在于，所述对天然裂隙结构岩体中的岩块进行单轴压缩力学试验，包括：开展壁面岩块的单轴压缩试验，其中：试验岩块岩芯的形状可选为圆柱体，其直径为50mm，高度为100mm；对岩块力学试验的应力-应变曲线进行绘制，对岩块岩芯的破坏特征进行分析。 3.如权利要求1所述的裂隙结构岩体的3D打印重构方法，其特征在于，所述对天然裂隙结构岩体中的结构面进行剪切和拉伸试验，包括：对所述天然裂隙结构岩体的结构面进行剪切试验，确定裂隙结构岩体结构面的剪切力学特性及破坏特征；对所述天然裂隙结构岩体的结构面进行拉伸试验，确定裂隙结构岩体结构面的拉伸力学特性及破坏特征。 4.如权利要求1所述的裂隙结构岩体的3D打印重构方法，其特征在于，确定所述裂隙结构岩体中岩块与结构面的力学特性相似比，包括：对所述天然裂隙结构岩体进行现场承压板试验和真三轴试验，确定所述天然裂隙结构岩体的强度、弹性模量及变形；测量所述天然裂隙结构岩体的密度；根据相似比公式确定3D打印重构裂隙结构岩体与天然裂隙结构岩体的物理力学特性相似比，所述相似比公式为：式中，Ci为i对应的物理力学性质的相似比，所述i为物理力学特性的类别，所述i包括：应力(σ)，弹性模量(E)，密度(γ)，试样边长(L)，泊松比(υ)和应变(ε)，所述iRS为所述重构裂隙结构岩体的物理力学特性的类别，所述iCJBs为所述天然裂隙结构岩体的物理力学特性的类别， Cσ＝CE (2)， Cε＝Cυ＝1 (3)， Cσ＝Cγ·CL (4)。 5.如权利要求1所述的裂隙结构岩体的3D打印重构方法，其特征在于，所述岩块3D打印材料包括：光敏树脂、石膏、陶瓷、环氧树脂等。 6.如权利要求1所述的裂隙结构岩体的3D打印重构方法，其特征在于，所述岩块3D打印材料确定后，通过单轴压缩试验对所述岩块3D打印材料的力学及破坏特征进行相似性验证，使所述3D打印重构裂隙结构岩体与所述天然裂隙结构岩体的脆性破坏特征及力学特性相似。 7.如权利要求1所述的裂隙结构岩体的3D打印重构方法，其特征在于，所述结构面3D打印材料选择及结构设计，包括：所述3D打印重构裂隙结构岩体的结构面采用网状结构设计；通过三维扫描所述天然裂隙结构岩体的壁面起伏程度，获得三维点云数据；根据所述网状结构设计及三维点云数据完成所述3D打印重构裂隙结构岩体的结构面壁面结构打印；对所述3D打印重构裂隙结构岩体的结构面进行剪切及拉伸试验，通过对试验结果的相似性对比，验证所述3D打印重构裂隙结构岩体网状结构设计的有效性。 8.如权利要求7所述的裂隙结构岩体的3D打印重构方法，其特征在于，所述裂隙结构岩体的结构面采用网状结构设计，具体方法为：若重构尺寸为的标准尺寸结构面试样，则该圆柱体的横截面面积为：式中：Stotal为横截面面积，单位mm2；Dtotal为横截面直径，单位mm；若在3D打印重构过程中，采用Fullcure 720(光敏树脂)作为重构结构面的材料(抗拉强度为40MPa)，则网状结构和整个截面Fullcure 720的抗拉强度比Rnet为：则岩体结构面网状结构的总面积Snet为： Snet＝Rnet·Stotal＝0.002×1962.5＝3.93mm2 (7) 如果设置网状结构连接点的直径Dpoint为0.2mm，则每个连接点的面积Spoint为: 则横截面内所需要的网状结构连接点的个数Npoint为: 如果网状结构连接点以正方形排列，则连接点之间的间距Lpoint可计算为：在3D打印重构裂隙结构岩体结构面剪切力学及破坏特征方面，需要对天然岩体结构面进行3D扫描，获取重构裂隙结构岩体结构面壁面起伏程度的3D点云数据；采用3D打印技术，在结构面壁面岩块材料选择及3D扫描点云数据的基础上重构岩体结构面。 9.一种裂隙结构岩体，其特征在于，通过权利要求1～8任一项所述的裂隙结构岩体的3D打印重构方法制得。
所属类别：	发明专利