本發(fā)明涉及一種不同三維節(jié)理面特性巖體的制備方法及其應(yīng)用，屬于巖石力學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在巖體工程中，巖體的剪切強(qiáng)度的主要影響因素是節(jié)理面特性，如：粗糙度，起伏度，節(jié)理面填充物，節(jié)理面填充物厚度。

在實(shí)際工程中，巖體的節(jié)理面是由三維隨機(jī)分布的起伏凸凹體組成，而且是由于不同的填充物及填充厚度變化的，即是形成三維節(jié)理面特殊的特性，故節(jié)理面特性是影響巖體節(jié)理特性的重大因素。

現(xiàn)有技術(shù)中在研究不同節(jié)理面特性對巖體的剪切強(qiáng)度的影響時，一般都是進(jìn)行一維的節(jié)理面特性研究，即是對鋸齒狀人工節(jié)理進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)，也有小部分人進(jìn)行了二階起伏體的節(jié)理面的對剪切強(qiáng)度的影響，但都沒有進(jìn)行過全三維節(jié)理面粗糙度的試樣的制備，從而沒有進(jìn)行這個不同三維節(jié)理面粗糙度對剪切強(qiáng)度的影響。

申請?zhí)枮閏n104807685a的中國發(fā)明專利，公開的是一種利用3d打印制作含特定幾何特征結(jié)構(gòu)面的節(jié)理試樣方法，該方法只是公開一種制作特定的結(jié)構(gòu)面的節(jié)理試樣方法，沒有節(jié)理厚度和節(jié)理填充物的，無法真實(shí)制作不同厚度和不同填充物的節(jié)理面特性的節(jié)理面巖石試樣。

《貫通型鋸齒型結(jié)構(gòu)面剪切變形及強(qiáng)度特性》、《含一階和二階起伏體節(jié)理剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)研究中》論文中只是開展一維和二維的節(jié)理特性的試樣制備及研究，無法與真實(shí)節(jié)理巖體進(jìn)行相比較和研究?！痘谌S形貌特征的巖石節(jié)理峰值強(qiáng)度準(zhǔn)則研究》中描述的節(jié)理試驗(yàn)只是特定的節(jié)理面粗糙度試樣，無法做重復(fù)性的剪切特性，無法做不同壓縮強(qiáng)度下的剪切強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種不同三維節(jié)理面特性巖體的制備方法，克服已有對全三維節(jié)理面特性對剪切強(qiáng)度影響的研究不足。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種不同三維節(jié)理面特性巖體的制備方法，其特征是，包括如下步驟：

1)獲取節(jié)理面特征信息，利用cad軟件將特征信息進(jìn)行描述，制作成不同厚度的節(jié)理面板模型；

2)利用3d打印技術(shù)打印節(jié)理面板模型，形成人造節(jié)理面薄板；

3)選擇合適的模型槽，將模型材料澆注該模型槽中，且僅澆筑到模型槽的中間位置后進(jìn)行護(hù)養(yǎng)；

4)將人造節(jié)理面薄板覆蓋到模型材料上面；

5)將步驟4)得到的模型進(jìn)行養(yǎng)護(hù)24h后，將相同的模型材料澆注上去，再進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，得到特定三維粗糙度、節(jié)理厚度及填充材料的節(jié)理巖體模型。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中特征信息包括粗糙度、節(jié)理厚度和填充材料的節(jié)理材料。

進(jìn)一步地，所述粗糙度采用三維特性的不同起伏。

進(jìn)一步地，所述節(jié)理厚度為2mm或4mm或6mm或8mm；

進(jìn)一步地，所述節(jié)理填充材料包括abs樹脂或石膏或尼龍玻纖或橡膠類材料。

進(jìn)一步地，所述步驟3)中養(yǎng)護(hù)時間根據(jù)半凝固時間計算。

根據(jù)上述的一種不同三維節(jié)理面特性巖體的制備方法在節(jié)理巖體的剪切強(qiáng)度力學(xué)分析方面的應(yīng)用。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明中制備的不同三維節(jié)理面特性試樣填補(bǔ)了實(shí)際研究中制作真實(shí)節(jié)理面特征的空白，這樣能夠制備不同三維節(jié)理面特性的節(jié)理面特征的試樣，從而能夠進(jìn)行不同三維節(jié)理面粗糙度的剪切強(qiáng)度測試，得到剪切強(qiáng)度隨這不同粗糙度的變化規(guī)律。進(jìn)而開展節(jié)理巖體的力學(xué)特性、滲流特性、流變特性，是一種有效的制備不同三維節(jié)理面粗糙度試樣的方法，所用的材料簡單、成本低廉、操作簡單。

附圖說明

圖1是實(shí)施例中用3d打印技術(shù)打印的三維節(jié)理面粗糙度的人造薄板示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

下面通過幾個實(shí)施例對本方法進(jìn)行說明：

實(shí)施例1：

步驟1)首先確定這個節(jié)理面的粗糙度參數(shù)為10的具體形態(tài)，且將其制作成厚度為2mm的特定的節(jié)理面面板，將其生成3d打印機(jī)需要的cad圖的stl格式。

本實(shí)施例中節(jié)理面粗糙度為10，且節(jié)理面厚度為2mm，此時的節(jié)理面面板尺寸為150mm*150mm。

步驟2)利用3d打印技術(shù)將此節(jié)理面面板打印出來成為一個人造的節(jié)理面薄板，這種薄板主要由樹脂材料打印而成。此時這個樹脂材料就是作為節(jié)理填充物。

步驟3)制作訂制的模型槽，本實(shí)施例中采用的是150mm*150mm*150mm的塑料模型槽，將水泥:砂子:水＝3:2:1的模型材料澆筑到模型槽中，且僅澆筑到模型槽的中間位置，將模型槽中均勻養(yǎng)護(hù)6h，這個時間具體按照它的凝固時間，基本上是按照其半凝固狀態(tài)，這個可以在模型表面形成三維的節(jié)理面特性面，而且能避免下沉入模型材料中。

步驟4)將人造節(jié)理面面板薄板覆蓋到模型材料上面。

步驟5)將步驟4)得到的模型進(jìn)行養(yǎng)護(hù)24h后，再進(jìn)行澆筑另外一半相同材料。

利用本實(shí)施例能夠制作尺寸為150mm*150mm*150mm的不同三維節(jié)理面特性的類巖石節(jié)理試樣，其中三維節(jié)理面粗糙度為10，節(jié)理面厚度為2mm，節(jié)理面填充物為樹脂材料。這可以通過巖石剪切試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)和流變試驗(yàn)，從而研究節(jié)理巖體的的剪切特性。

實(shí)施例2：

步驟1)確定這個節(jié)理面的粗糙度參數(shù)為20的具體形態(tài)，且將其制作成厚度為4mm的特定的節(jié)理面面板，將其生成3d打印機(jī)需要的cad圖的stl格式。

本實(shí)施例中節(jié)理面粗糙度為20，且節(jié)理面厚度為4mm，此時的節(jié)理面面板尺寸為150mm*150mm。

步驟2)將利用3d打印技術(shù)將此節(jié)理面面板打印出來成為一個人造的節(jié)理面薄板，這種薄板主要由石膏材料打印而成。此時這個石膏材料就是作為節(jié)理填充物。

步驟3)制作訂制的模型槽，本研究采用的是150mm*150mm*150mm的塑料模型槽，將水泥:砂子:水＝3:2:1的模型材料澆筑到模型槽中，且僅澆筑到模型槽的中間位置，將模型槽中均勻養(yǎng)護(hù)6h，這個時間具體按照它的凝固時間，基本上是按照其半凝固狀態(tài)，這個可以在模型表面形成三維的節(jié)理面特性面，而且能避免下沉入模型材料中。

步驟4)將人造節(jié)理面面板薄板覆蓋到模型材料上面。

步驟5)將步驟4)得到的模型進(jìn)行養(yǎng)護(hù)24h后，再進(jìn)行澆筑另外一半相同材料。

利用本實(shí)施例能夠制作尺寸為150mm*150mm*150mm的不同三維節(jié)理面特性的類巖石節(jié)理試樣，其中三維節(jié)理面粗糙度為20，節(jié)理面厚度為4mm，節(jié)理面填充物為石膏材料。這可以通過巖石剪切試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)和流變試驗(yàn)，從而研究節(jié)理巖體的的剪切特性。

實(shí)施例3：

步驟1)確定這個節(jié)理面的粗糙度參數(shù)為50的具體形態(tài)，且將其制作成厚度為6mm的特定的節(jié)理面面板，將其生成3d打印機(jī)需要的cad圖的stl格式。

本實(shí)施例中節(jié)理面粗糙度為50，且節(jié)理面厚度為6mm，此時的節(jié)理面面板尺寸為150mm*150mm。

步驟2)將利用3d打印技術(shù)將此節(jié)理面面板打印出來成為一個人造的節(jié)理面薄板，這種薄板主要由橡膠類材料打印而成，此時這個樹脂材橡膠類材料料就是作為節(jié)理填充物。

步驟3)制作訂制的模型槽，本研究采用的是150mm*150mm*150mm的塑料模型槽，將水泥:砂子:水＝3:2:1的模型材料澆筑到模型槽中，且僅澆筑到模型槽的中間位置，將模型槽中均勻養(yǎng)護(hù)6h，這個時間具體按照它的凝固時間，基本上是按照其半凝固狀態(tài)，這個可以在模型表面形成三維的節(jié)理面特性面，而且能避免下沉入模型材料中。

步驟4)將人造節(jié)理面面板薄板覆蓋到模型材料上面。

步驟5)將步驟4)得到的模型進(jìn)行養(yǎng)護(hù)24h后，再進(jìn)行澆筑另外一半相同材料。

利用本實(shí)施例能夠制作尺寸為150mm*150mm*150mm的不同三維節(jié)理面特性的類巖石節(jié)理試樣，其中三維節(jié)理面粗糙度為50，節(jié)理面厚度為6mm，節(jié)理面填充物為橡膠類材料，這可以通過巖石剪切試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)和流變試驗(yàn)，從而研究節(jié)理巖體的的剪切特性。

上述三個不同三維節(jié)理面粗糙度試樣的制備可以在節(jié)理巖體的剪切強(qiáng)度力學(xué)分析方面的應(yīng)用。

相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明中制備的不同三維節(jié)理面特性試樣填補(bǔ)了實(shí)際研究中制作真實(shí)節(jié)理面特征的空白，這樣能夠制備不同三維節(jié)理面特性的節(jié)理面特征的試樣，從而能夠進(jìn)行不同三維節(jié)理面粗糙度的剪切強(qiáng)度測試，得到剪切強(qiáng)度隨這不同粗糙度的變化規(guī)律。進(jìn)而開展節(jié)理巖體的力學(xué)特性、滲流特性、流變特性，是一種有效的制備不同三維節(jié)理面粗糙度試樣的方法，所用的材料簡單、成本低廉、操作簡單。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。