[发明专利]一种任意形状三维曲面裂隙类岩试样制备方法及装置在审
申请号: | 202110076613.3 | 申请日: | 2021-01-20 |
公开(公告)号: | CN112985960A | 公开(公告)日: | 2021-06-18 |
发明(设计)人: | 张黎明;齐文涛;朝文文;刘中原;常素玲;丛宇;王在泉 | 申请(专利权)人: | 青岛理工大学 |
主分类号: | G01N1/36 | 分类号: | G01N1/36;G01N1/28 |
代理公司: | 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 | 代理人: | 李圣梅 |
地址: | 266033 山*** | 国省代码: | 山东;37 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 任意 形状 三维 曲面 裂隙 试样 制备 方法 装置 | ||
本公开提供了一种任意形状三维曲面裂隙类岩试样制备方法及装置,包括:建立裂隙的三维曲面模型和试样模具的三维曲面模型;基于所述裂隙的三维曲面模型和试样模具的三维曲面模型,通过3D打印获得三维裂隙和试样模具;利用所述三维裂隙和试样模具,通过填充材料制成任意形状三维曲面裂隙类岩试样;通过函数精确控制三维裂隙的表面形态,实现了裂隙三维化的设计;通过在粗糙裂隙上盘和下盘两侧边缘固定特定尺寸的上下边缘挡板,为裂隙空间内的多相流动提供光滑稳定的边界,实现了任意形状三维曲面裂隙类岩试样制备。
技术领域
本公开属于岩体工程技术领域,特别适用于跨尺度岩石裂隙考虑节理裂隙平均开度改变、粗糙度影响的实验研究,具体为基于3D打印的三维曲面裂隙类岩试样制备方法及装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息,不必然构成现有技术。
在长期地应力作用下,天然岩体中广泛存在着裂隙。在岩体开挖过程中,受到构造应力及人为扰动的影响,岩体内部的微裂纹、孔洞、裂隙和节理发生扩展、发育和贯通过程后形成宏观结构面,从而改变岩石的力学性质,对岩体工程、地下工程的稳定性产生重要的影响。
真实的裂隙形态、空间位置复杂多样,由于三维裂隙试验开展存在诸多困难,多数研究者一般将裂隙简化处理成表面平整的矩形、椭圆或圆形薄片,这些裂隙可统称为平面裂隙。然而从岩石内部信息的CT扫描结果,以及岩石在加载破坏后的破裂面信息扫描结果都显示:真实裂隙的情况比平面裂隙复杂的多,以平面裂隙来反映裂隙的三维形态特征难免会出现遗漏和局限。
目前国内外有些研究开始关注裂隙的三维形貌,但一般只考虑了裂隙空间位置的三维状态比如椭圆裂隙在岩样中心的位置三维化,没有实现裂隙三维形貌的模拟。关于裂隙空间位置的研究由于局限于平面裂隙,所以控制时多采用对插入式钢片或平直填充式裂隙的角度控制,针对这种三维裂隙角度的控制鲜少见到。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种基于3D打印的任意形状三维曲面裂隙类岩试样制备装置,解决了裂隙三维化及其空间位置容易调节的实际问题。
第一方面,本公开提供了一种任意形状三维曲面裂隙类岩试样制备方法,包括:
建立裂隙的三维曲面模型和试样模具的三维曲面模型;
基于所述裂隙的三维曲面模型和试样模具的三维曲面模型,通过3D打印获得三维裂隙和试样模具;
利用所述三维裂隙和试样模具,通过填充材料制成任意形状三维曲面裂隙类岩试样。
第二方面,本公开还提供了一种任意形状三维曲面裂隙类岩试样制备装置,包括三维裂隙和试样模具,所述三维裂隙和试样模具均采用如第一方面所述的任意形状三维曲面裂隙类岩试样制备方法进行制备。
与现有技术对比,本公开具备以下有益效果:
1、本公开采用建立裂隙的三维曲面模型和试样模具的三维曲面模型;基于所述裂隙的三维曲面模型和试样模具的三维曲面模型,通过3D打印获得三维裂隙和试样模具;利用所述三维裂隙和试样模具,通过填充材料制成任意形状三维曲面裂隙类岩试样。通过函数精确控制三维裂隙的表面形态,实现了裂隙三维化的设计;通过在粗糙裂隙上盘和下盘两侧边缘固定特定尺寸的上下边缘挡板,为裂隙空间内的多相流动提供光滑稳定的边界,实现了任意形状三维曲面裂隙类岩试样制备。
2、本公开采用包括底座,还包括与底座连接的侧墙和顶板的试样模具;底座、侧墙和顶板安装后形成封闭的密封体;在所述密封体内可实现任意形状三维曲面裂隙类岩试样制备,利用3D打印技术实现了任意形状三维曲面裂隙的制备,以上下边缘挡板为支撑,于挡板间放置不同规格厚度的刚性垫片,精确改变了粗糙裂隙的平均开度。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本公开的实践了解到。
附图说明
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