[发明专利]一种仿制天然岩样的人造实验样品制作方法

说明书

本申请涉及一种仿制天然岩样的人造实验样品制作方法，其包括以下步骤：现场取样；样品扫描：采用CT扫描岩体样品，并建立岩体样品的三维模型；支护：成型隧道模型，并设置多个锚杆；孔洞、裂隙模具制作：制作用于形成孔洞、裂隙的岩体模型；3D打印：将三维模型传输至3D打印机，通过3D打印机打印岩体样品的实验样品，在3D打印实验样品至孔洞或裂隙对应高度和位置时，将岩体模型放置于对应位置未凝固的混凝土或水泥砂浆后，继续进行3D打印；上述孔洞、裂隙模具制作包括：根据三维模型中孔洞、裂隙的三维结构，采用溶解性的固体材料制成岩体模型，并且岩体模型为中空结构，在岩体模型的内部填充有溶剂。本申请能够有效的优化岩体试验的精准度。

技术领域

本申请涉及工程力学实验的领域，尤其是涉及一种仿制天然岩样的人造实验样品制作方法。

背景技术

天然岩体通常会经受复杂的地质运动，而在岩体内部往往含有大量的地质缺陷，例如孔洞、充填物、裂隙、节理等。岩体大多沿地质缺陷发生破坏，因此地质缺陷对岩体的变形性质和水力学特性有着重要的影响。在地面和地表开展的各类岩体工程，如隧道、边坡、洞室中，裂缝影响着各类工程的稳定性和安全性。

许多学者和工程师为了在施工前对地质的力学性质等进行检测和实验；同时为了检测隧道结构的力学性质，常采用力学性质和岩石相似的混凝土、水泥砂浆等材料浇筑成许多具有相同地质缺陷的边长在50毫米到300毫米之间的长方体形人造实验样品来进行实验。这样可以保证每次实验中的人造实验样品的材料性能接近实际的岩体性能，实验结果也更加真实可靠。这种浇筑人造实验样品的方法被广泛采用，促进了岩体性质的室内实验研究的发展，得出了许多宝贵的结论，但也存在一定的不足之处。

目前浇筑制备人造实验样品时，常采用在试块上人工开凿预制孔洞的方式实现实验样品中地质缺陷的制造，但是这种方法所预制的孔洞往往数量很有限，一般为1～2个，并且大多数是贯通的。但工程现场中的孔洞往往隐含在岩体内部，且数量庞大，这些大量的孔洞对岩体的宏观变形和强度特征会产生很大影响；并且在对于复杂结构的隧道模型，利用传统的制作方法很难制作，往往需通过等效的办法来进行简化处理，常采用在支护系统中，以一个锚杆和锚索代替原型中的多根锚杆和锚索等。因此，上述技术方案的岩体力学实验样品和实际的岩体的力学性质存在较大的差异。

发明内容

为了优化岩体实验的准确性，本申请提供一种仿制天然岩样的人造实验样品制作方法。

本申请提供的一种仿制天然岩样的人造实验样品制作方法，采用如下的技术方案：

一种仿制天然岩样的人造实验样品制作方法，包括以下步骤：

现场取样：在需要施工现场取样岩体样品；

样品扫描：采用CT扫描岩体样品，并建立岩体样品的三维模型，并确认孔洞、充填物、裂隙在三维模型中的位置；

支护：使用支护装置成型隧道模型，并在支护装置上设置多个锚杆；

孔洞、裂隙模具制作：制作用于形成孔洞、裂隙的岩体模型；

3D打印：将三维模型传输至3D打印机，通过3D打印机采用混凝土或水泥砂浆打印岩体样品的实验样品，在3D打印实验样品至孔洞或裂隙对应高度和位置时，将岩体模型放置于对应位置未凝固的混凝土或水泥砂浆后，继续进行3D打印，并成型；

上述孔洞、裂隙模具制作包括：根据三维模型中孔洞、裂隙的三维结构，采用溶解性的固体材料制成与孔洞或裂隙一致的岩体模型，并且岩体模型为中空结构，在岩体模型的内部填充有用于溶解岩体模型的溶剂。