[发明专利]一种基于3D打印的可渗透岩体的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的可渗透岩体的制备方法，通过CT扫描和3D打印相结合，通过关闭吼道，在不使用传统模具的情况下可以人为的根据研究目的保留不同的孔隙和喉道，便于对岩石的渗透性进行研究；利用微纳米CT扫描可渗透岩体试样，可以直观反映岩石内部孔隙、喉道以及节理分布，提高了可视化效果；选择性激光烧结技术能够保证胶水粘结均匀，精度高，避免影响喉道的分布特征，并且能够实现3D打印岩体材料与孔喉材料、节理填充材料交替打印，并预留渗流孔道，使试样一次成型，避免了传统技术脱模对试样内部结构的损坏。本方法制得的试样与天然可渗透试样内部结构一致，为岩石物理实验研究提供了一个新的手段。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，特别涉及一种基于3D打印的可渗透岩体的制备方法。

背景技术

岩体中往往含有复杂的内部结构特征，例如纵横交错的节理裂隙、形态大小不一的孔洞，这些缺陷会直接影响整个岩体的变形、强度以及渗流特征，且关系到岩体工程中的稳定性。

微观孔喉结构是决定渗流特征的重要因素，对于岩体微观渗流特性研究而言，目前主要有两种途径：一是从实验出发，观察并测量不同孔隙中流体的流动状态，但由于岩体结构的复杂性，获得的实验结果往往离散性较大；另一方法是获取岩芯微观结构，然后建立岩石孔隙的物理模型，并通过数值模拟的方法进行微观渗流特征模拟，但该方法一般将复杂岩体内部结构进行简化处理，特别是对岩体内部孔隙和吼道进行常规的简化设置，造成模型与真实岩体存在一定误差，并且在材料选取、本构关系的确定方面都遇到了困难，难以达到工程实践的需要。

3D打印是一种通过建立三维数字模型，以3D打印机为设备，塑料、金属、树脂、矿砂等粉末为打印材料，快速制备三维结构实体的技术；CT扫描技术通过X射线断层扫描能精确获得岩体内部的真实信息。通过结合两项技术，可以高度还原天然岩体内部的复杂三维结构并快速制备相应的实体试样，虽然研究人员已经对岩体内部孔洞与裂隙问题展开了大量的研究，但如何获取具有可渗透性的天然岩石的孔隙结构、渗流特征和喉道分布依然没有得到有效解决。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种基于3D打印的可渗透岩体的制备方法，该方法可以高度还原岩体内部孔隙结构和喉道分布，制作出与天然岩体内部结构一致的试样，为可渗透岩体内部结构和渗流特性的研究提供了一种新的思路。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

一种基于3D打印的可渗透岩体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：对天然岩体进行微纳米CT扫描，获取天然岩体的内部结构信息，并将其存储为图像数据；

其中，所述内部结构信息为天然岩体内的孔隙、喉道、节理的位置坐标及相应尺寸；

步骤2：将图像数据导入识别软件中，识别天然岩体的孔隙、吼道和节理，并选择部分喉道进行关闭处理，得到关闭通道，剩余的吼道和孔隙即为贯通孔喉；分别构建贯通孔喉三维结构、节理三维结构和关闭通道三维结构；

步骤3：根据天然岩体内的孔隙、喉道、节理的位置坐标，将贯通孔喉三维结构、节理三维结构和关闭通道三维结构分别还原至天然岩体的图像数据中，构建含有贯通孔喉、节理和关闭通道的岩体三维结构，并将其存储为岩体的3D打印模型；

步骤4：选取打印材料，基于岩体的3D打印模型通过选择性激光烧结工艺进行天然岩体的实体打印，得到打印初品；

步骤5：对打印初品进行浸水处理，得到可渗透天然岩体试样。

进一步地，步骤1中，所述图像数据以DICOM格式存储，即为微纳米CT扫描数据。

进一步地，步骤2中，所述识别软件为Matlab；

进一步地，所述识别天然岩体的孔隙、吼道和节理，其具体为：