[发明专利]预埋渗流通道或/和突涌水腔体的类岩石试件及其制备方法

权利要求书

1.一种预埋渗流通道或/和突涌水腔体的类岩石试件，其特征在于，包括由高脆性透明树脂浇注成型的用以模拟工程岩体的类岩体及埋设其内的隧道模型和渗流通道或/和突涌水腔体；

所述高脆性透明树脂由CY-39型环氧树脂和YS-T31型固化剂按100：34的质量比混合而成，其于-15～-10℃下具有良好的类岩石特性；所述渗流通道是由3D打印成型的可溶性模型体溶解而形成的中空结构；所述突涌水腔体是由3D打印成型的空腔模型体；所述隧道模型包括3D打印成型的内衬层、防水层、外衬层，用以模拟深埋山岭隧道或输水隧洞。

2.根据权利要求1所述的类岩石试件，其特征在于，所述可溶性模型体或/和空腔模型体在埋设时其周围缠绕有直径1mm白色细质棉绳，用以模拟隧洞和完整岩体之间渐变的弱透水性过程；所述棉绳的对于水的渗透系数平均值为4.2×10cm/s，参考断裂力126N，且不溶于稀酸。

3.根据权利要求1所述的类岩石试件，其特征在于，所述渗流通道是由壳聚糖缩比打印成型的可溶性模型体经稀酸溶解而形成；所述突涌水腔体是以聚氯乙烯为原材料缩比打印成型的空腔模型体。

4.根据权利要求1所述的类岩石试件，其特征在于，所述隧道模型的外衬层以ABS塑料为打印原材料，防水层以聚氨酯橡胶为打印原材料，内衬层以ASA塑料为打印原材料，且内衬层、外衬层以及防水层按式计算出各自相应的缩尺比例，式中，为岩体−结构相对刚度相似比；为岩体弹性模量相似比；为隧道外径相似比；为隧道弹性模量相似比；为衬砌厚度相似比。

5.根据权利要求1所述的类岩石试件，其特征在于，所述突涌水腔体或/和渗流通道中的填充液由密度1.078g/cm³的乙二醇液体防冻剂与水按32：68的体积比混合而成，且使用时按每100ml混合溶液中加入2g水溶性亮蓝色素染色剂。

6.权利要求1所述类岩石试件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）树脂浇注料制备：取用CY-39型环氧树脂和YS-T31型固化剂，按100：34的质量比拌合均匀并于真空机中去除气泡；

（2）渗流通道及突涌水腔体模型的制备：根据模拟试件的相应尺寸，选取对应的打印材料，经3D打印成型分别对应于渗流通道、突涌水腔体的可溶性模型体、空腔模型体，并在其上缠绕棉绳用以模拟隧洞和完整岩体之间渐变的弱透水性过程；

（3）隧道模型的制备：以对应的深埋山岭隧道及输水隧洞为原型，基于相似比设计，分别3D打印成型隧道模型的内衬层、防水层及外衬层的缩尺模型，并依次粘结成一体；

（4）隧道和渗流通道或/和突涌水腔体的埋设及浇注成型：采用分层浇注的方式，将所述隧道模型和渗流通道或/和突涌水腔体埋设到树脂件的相应位置处，并养护成型。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性模型体是以98%纯度的壳聚糖为原料经3D打印成型，且在树脂浇注完成后使埋设其中的可溶性模型体有一部分延伸至试件本体外，以便能用稀盐酸溶解所述可溶性模型体以形成对应的渗流通道。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述突涌水腔体是以聚氯乙烯为原材料打印成型的空腔模体，经其顶部预留注水孔注满水后以所述树脂浇注料固化密封，再将其埋设于树脂件中，用以模拟富水溶洞。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，埋设渗流通道或/和突涌水腔体时分三次进行浇注，第一层浇注高度达至模型埋设高度时，间隔一定时间使浇注料初步固化后再放置对应的渗流通道模型以免其下沉，第二层浇注高度达至模型高度的一半，再间隔一定时间以使第二层初步固化而固定所述渗流通道模型下半部分，进而实现模型的精准定位，最后第三层浇注高度至试件的设计高度。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，所述渗流通道模型在隧道开挖方向正前方，于所隧道模型的掌子面前方3mm布设，或/和所述突涌水腔体模型位于隧道开挖方向正前方，于掌子面前方2mm布设。