[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

说明书

发明提供一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法。该方法包括构件模型、准备粉末、打印岩块和粘接模型等步骤。采用上述方法进行边坡室内模型试验，边坡模型制作快速便捷，模型之间呈比例放大缩小，能真实反映具有大量节理面的非连续体岩质边坡的破坏过程，模型试验符合相似理论的要求，结果更加真实可靠，可重复性强。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法。

背景技术

我国是一个地质灾害频发的国家，特别是滑坡及其他边坡失稳类的地质灾害往往会给人民群众的生产生活和人身财产安全造成重大损失。仅2008年汶川地震造成的群发性崩塌滑坡就酿成了3万人遇难或失踪的悲剧。与此同时，滑坡地质灾害还具有发生频度高，影响范围大，难以预测等特点。这使得对边坡失稳运动模式、可靠度分析方法和失稳机理的研究成为了一项亟待解决的重大科学问题，并直接影响着岩土工程实践中设计、施工、运营等环节，具有重大的工程实际价值。

目前针对边坡失稳地质灾害的研究方法有现场原位试验、室内模型试验和数值模拟几种方法，其中室内模型试验是较为经济可靠的方法。室内边坡模型试验的理论基础是相似理论，但是传统试验方法无法保证不同尺寸的边坡模型中节理分布与缺陷构造的相似性，试验结果的相似性难以保证。特别是针对具有大量内部节理面的非连续体岩质边坡的模型试验，目前国内外的研究尚处于空白阶段，传统的室内模型试验无法保证构建出的边坡模型是非连续的，此类边坡的动力学相似理论也更无法展开。然而非连续面是导致边坡失稳的关键因素，岩质边坡中非连续面的延伸贯通是造成边坡失稳的决定性因素，对大量存在的非连续面的忽视造成了室内模型试验与工程中实际的滑坡灾害在失稳机理上就存在较大差异。考虑到非连续面在滑坡地质灾害分析中的关键作用，研发一种可以构建一系列不同尺寸形状的非连续体三维边坡室内模型试验的新方法具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种由3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，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，包括以下步骤：

1)参照真实岩体边坡物理模型，利用计算机构建缩尺的完整三维边坡数字模型。参照真实岩体边坡物理模型，利用计算机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、打印喷头、成型室、粉末输送室、送粉辊轴、移动系统和粉末供应缸。所述打印喷头设置于成型室的上方。所述打印喷头通过输送管与胶结剂供应缸连接。粉末供应缸内的粉末通过粉末输送室和送粉辊轴输送至成型室。所述打印喷头通过移动系统定位在预打印位置。

4)打印岩块。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的位置。成型室内的粉末堆积至设计层厚时，移动系统将打印喷头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。重复以上步骤，直至全部岩块打印完成。

5)使用砂浆和水泥浆将步骤4)打印的岩块按设计拼接，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。砂浆、水泥浆和岩块粘连为一个整体，共同构成三维边坡模型。

6)在室温条件下对三维边坡模型进行养护，使节理面强度达到预期要求。