[发明专利]一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法

说明书

本发明属于岩石工程领域，涉及一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法。本发明针对目前透明隧道模型制作方法中存在的不足与缺陷，提供了一种脆性好、易于成型、易于脱模、易于制备不同长度孔道、易于控制裂隙和隧道的相对位置关系的高透性隧道模型的制作方法，采用有机玻璃管模拟隧道孔道，采用云母片模拟岩石中存在的裂隙，并采用3D打印技术制作复杂裂隙模型模拟围岩中复杂的裂隙网络。本发明可以模拟不同开挖阶段和不同隧道数量的透明隧道模型，且在围岩中可以精确布置不同形状、不同角度、不同数量和与隧道不同位置关系的裂隙，使隧道模型易于观察节理岩体地下隧道在受压后的力学特性和破裂规律。

技术领域

本发明属于岩石工程领域，涉及一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法。

技术背景

岩石作为经历了漫长地质构造作用，岩石内部存在大量的裂隙和孔洞等缺陷，改变了岩石的力学特性，降低了岩石的极限承载能力，容易发生坍塌和岩爆等工程灾害。由于自然界中的岩石处于复杂的地质活动中，所处的受力环境不尽相同,岩石中裂隙的形状以及赋存方式千差万别。因此开展含不同形状片状裂隙和复杂裂隙网络等缺陷介质破坏行为的研究，具有重要的学术和工程意义。在研究工程岩石力学特性和破裂特征规律时，采用实验室是一种有效的方法，由于工程岩石预制裂隙和观察裂隙扩展方面的困难。采用人工制备的含裂隙和孔洞的透明类岩石材料代替天然岩石是一种有效的手段。采用脆性好的材料能够更好地模拟岩石材料的力学特性，而选用透明度良好的材料便于观测内部裂隙扩展形态和扩展规律。目前国内采用透明类岩石材料大多是均值材料，与真正的岩石材料具有较大的区别，因此在透明类岩石材料中加入细沙颗粒等介质可以很好地解决这个问题，对于科研的真实性和准确性具有很大帮助。

近几年深部岩土工程广泛发展，例如锦屏水电站。深部隧道相比浅部隧道在力学性能上有较大的区别，因此研究深部岩石隧道力学特性以及破坏机制，对于学术研究和工程实际具有重大的意义。目前国内外很多学者都对深部隧道工程模型进行了研究，利用砂浆等材料进行地下洞室模型试验。由于砂浆材料无法直接观察到隧道围岩裂隙破坏扩展机制，更无法观察到隧道模型破坏的全过程，从而对从机理上解释深部隧道破坏带来很大困难。深部地下工程往往都建造于节理岩体中，其中又尤以断续节理岩体最为普遍。并且通过工程现场发现，隧道围岩破坏发生于不同的开挖阶段，因此制备不同长度隧道模型模拟隧道不同开挖阶段具有重要的意义。隧道围岩中含有不同形状、不同数量和不同赋存方式的裂隙，围岩中裂隙和隧道的相互作用是导致隧道破坏的重要原因。深部岩石中裂隙交叉分布，存在复杂的裂隙网络，因此通过采用3D打印技术，制作复杂裂隙模型，充当岩石中复杂裂隙网络，进一步模拟真实的围岩环境，有利于观察隧道在复杂裂隙网络中的力学特性和变形特征。因此制作不同裂隙和隧道交互作用的模型对于研究深部隧道力学特性还破坏形态具有重要的意义。

CN2014106245801“高脆性透明类岩石材料试件中洞室的成型和空间定位方法”，公布了一种高脆性透明类岩石材料试件中洞室的成型和空间定位方法,包括预置洞室模具的制作和洞室的定位、成型,利用调好的类岩石树脂材料,依据试件模具和洞室模具浇铸制作出不同形式的节理岩体地下洞室试件。这种方法将PVC软橡皮材质的模型粘贴于模具上，然后进行浇筑成型。此种方法可以制备不同形状的地下洞室，但是由于PVC材料较软的特性，地下洞室的精度无法准确控制，采用文中模具定位方法，不易精确控制地下洞室的孔道长度和数量。同时此发明中采用的类岩石材料，为均质材料，具有各项同性的特点，与真实岩石的各向异性的特点差别很大，影响实验结果的真实性与准确性。

发明内容

本发明针对目前透明隧道模型制作方法中存在的不足与缺陷，提供了一种脆性好、易于成型、易于脱模、易于制备不同长度孔道、易于控制裂隙和隧道的相对位置关系的高透性隧道模型的制作方法，本发明可以模拟不同开挖阶段和不同隧道数量的透明隧道模型，且在围岩中可以精确布置不同形状、不同角度、不同数量和与隧道不同位置关系的裂隙。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：