[发明专利]一种柱状节理类岩石材料试样的制备方法

说明书

本发明公开了一种柱状节理类岩石材料试样的制备方法，包括如下步骤，一、构建柱状节理试样的模型，通过Voronoi算法生成二维柱状节理图形，将二维Voronoi图按一定倾角拉伸，重构处岩体柱状节理形态，并对每一个面进行拉伸形成实体；二、应用3D打印柱状节理模型，采用水溶性材料对岩体节理模型进行3D打印，作为类岩石材料的节理；三、将3D打印的岩体节理模型放到模具中，并向模具内注入水泥砂浆，填满人工节理之间的空隙；经过后期养护、拆模、打磨，生成柱状节理类岩石材料标准试样。本发明提供的柱状节理类岩石材料试样的制备方法，制备出的试样可以较好地反映柱状节理岩体各项异性的力学特征；且具有制备工艺简单、生产效率高、环保且节省资源等优点。

技术领域

本发明涉及一种柱状节理类岩石材料试样的制备方法，具体涉及一种基于Voronoi图形采用3D打印技术来制备试样的方法，属于岩石力学与工程技术领域。

背景技术

柱状节理是广泛分布于中国西南水电开发区域主要建基岩体上的一种普遍孕育的原声节理。柱状节理岩体地质结构主要表现为细长的柱体组成，断面多以不规则的四边形、五边形和六边形为主，柱状节理密集发育，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。

为了尽可能地表征柱状节理岩体材料的破坏特征，也有采用混凝土砂浆、石膏水泥等相似材料通过缩小柱体尺寸的方式，制作含有多个柱子的类岩石材料试验。虽然这些试验的材料参数与工程现场具有一定的差异性，但可以较好的反映柱状节理岩体各向异性的力学特征。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种柱状节理类岩石材料试样的制备方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种柱状节理类岩石材料试样的制备方法，包括如下步骤，

步骤S1，构建柱状节理试样的模型；提出柱状节理岩体结构特征的定量描述，将柱体顶面采用Voronoi图形来表述，通过Voronoi算法生成二维柱状节理图形；将二维Voronoi图按一定的倾角拉伸，重构出岩体的柱状节理形态；对柱状节理岩体的每一个面进行拉伸形成实体；

步骤S2，3D打印柱状节理模型；将步骤S1得到的柱状节理试样模型导入3D打印机，采用水溶性材料对岩体节理模型进行3D打印，作为类岩石材料的节理；

步骤S3，柱状节理类岩石材料试样的制备；将3D打印的岩体节理模型放到模具中，并向模具内注入水泥砂浆，填满人工节理之间的空隙；经过后期处理操作生成柱状节理类岩石材料标准试样。

进一步地，所述步骤S1中，对柱状节理岩体的每一个面进行拉伸形成实体的具体操作为：计算出柱状节理岩体的每一个面的节点顺序，对每一个面进行两个方向拉伸形成薄板状实体，对所有薄板状实体进行布尔运算形成一个有厚度的节理实体。

进一步地，所述步骤S2中，柱状节理试样模型导入3D打印机前需进行修剪，修剪以三轴试验的标准圆柱尺寸为边界。

进一步地，所述步骤S2中，水溶性材料为PVA材料。

进一步地，所述步骤S3中，向模具内注入水泥砂浆采用真空高压的注浆方式。

进一步地，所述步骤S3中，后期处理操作包括养护、拆模、打磨。

有益效果：本发明提供的柱状节理类岩石材料试样的制备方法，基于Voronoi图形并引入块体面积变异系数，建立模型，采用水泥砂浆材料、应用3D打印技术制备柱状节理类岩石材料试样，可以尽可能地表征柱状节理岩体材料的破坏特征，较好地反映柱状节理岩体各项异性的力学特征；同时具有制备工艺简单、生产效率高、环保且节省资源等优点。

附图说明

图1为本发明的流程框架图；