[发明专利]一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法

权利要求书

1.一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)参照真实岩体边坡物理模型，利用计算机（13）构建缩尺的完整三维边坡数字模型；通过计算机辅助设计软件得到完整三维边坡数字模型被设计节理面分割后形成的多个独立岩块；将所述多个独立岩块分别导出为STL模型文件；

2)制备岩体边坡相似材料粉末；其中，所述粉末的原料包括砂岩石粉、重晶石粉和石膏粉；

3)搭建3D打印装置；其中，所述计算机（13）通过数据线与3D打印装置相连；所述3D打印装置包括胶结剂供应缸（1）、打印喷头（3）、成型室（5）、粉末输送室（6）、送粉辊轴（7）、移动系统和粉末供应缸（11）；所述打印喷头（3）设置于成型室（5）的上方；所述打印喷头（3）通过输送管（2）与胶结剂供应缸（1）连接；粉末供应缸（11）内的粉末通过粉末输送室（6）和送粉辊轴（7）输送至成型室（5）；所述打印喷头（3）通过移动系统定位在预打印位置；

4)打印岩块（401）；将步骤1)中的多个STL模型文件通过三维切片软件切片分层，并输入至3D打印装置；所述3D打印装置将三维模型转化为三维坐标，根据三维坐标调整打印喷头（3）的位置；成型室（5）内的粉末堆积至设计层厚时，移动系统将打印喷头（3）定位至预打印位置点进行胶结成型；打印完成后控制移动系统，将打印喷头（3）定位至另一处预打印位置；重复上述步骤，将粉末胶结在一起形成岩块（401）；重复以上步骤，直至全部岩块（401）打印完成；

5)使用砂浆和水泥浆将步骤4)打印的岩块（401）按设计拼接，形成含有节理面的非连续体边坡模型；其中，砂浆和水泥浆构成节理面（402）；砂浆、水泥浆和岩块（401）粘连为一个整体，共同构成三维边坡模型（4）；

6)在室温条件下对三维边坡模型（4）进行养护，使节理面（402）强度达到预期要求；

7)将三维边坡模型（4）布置在小型振动台（15）上或有机玻璃水槽（16）中，进行地震动或水力模拟试验，并利用CCD连续照相机（14）采集数据；其中，所述CCD连续照相机（14）通过数据线与计算机（13）相连。

2.根据权利要求1所述的一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法，其特征在于：所述移动系统包括X方向移动轴（8）、Y方向移动轴（9）和Z方向移动轴（10）三个方向轴；所述Z方向移动轴（10）设置于3D打印装置的承台上；所述Z方向移动轴（10）竖直布置，X方向移动轴（8）和Y方向移动轴（9）水平布置；所述Z方向移动轴（10）与X方向移动轴（8）垂向连接，所述X方向移动轴（8）与Y方向移动轴（9）垂向连接；所述打印喷头（3）与Y方向移动轴（9）通过滑动轮连接；所述Z方向移动轴（10）与X方向移动轴（8）之间通过滑动轮连接；所述X方向移动轴（8）与Y方向移动轴（9）之间通过滑动轮连接。

3.根据权利要求1所述的一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法，其特征在于：步骤1)中，节理面的分布形式根据研究需要自行设计或在实际工程边坡中通过表面轮廓扫描技术获得。

4.根据权利要求1所述的一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法，其特征在于：所述岩块（401）为形状不规则的块体。

5.根据权利要求1所述的一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法，其特征在于：砂浆强度不高于5MPa。

6.根据权利要求1所述的一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法，其特征在于：步骤7)中地震动模拟试验具体包括以下步骤：

a)将三维边坡模型（4）利用夹具固定在振动台面板上；在三维边坡模型（4）的正视面设置可观察整个模型的CCD连续照相机（14）；

b)将预先设定的震动频谱输入小型振动台（15），设定小型振动台（15）的震动频谱，启动小型振动台（15）；启动CCD连续照相机（14）的连续拍摄功能，将连续拍照的间隔设置为0.2s，CCD连续照相机（14）开始拍摄边坡模型的变形运动过程，并将数据传送回计算机；

c)利用图像处理软件，可得到不同时刻之间边坡的变形、滑块的位移和滑块的速度数据。

7.根据权利要求1所述的一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法，其特征在于：步骤7)中水力模拟试验，将三维边坡模型（4）布置在有机玻璃水槽（16）中；所述有机玻璃水槽（16）整体为无盖矩形箱体；所述有机玻璃水槽（16）底部设置排水孔；从有机玻璃水槽（16）上端敞口处注水，通过底部排水孔排水，模拟水位升降过程。