[发明专利]一种基于3D打印一次制作多组可拼接吻合岩石结构面模具的制作方法

说明书

一种基于3D打印一次制作多组可拼接吻合岩石结构面模具的制作方法，包括以下步骤：1)两面带表面纹理面的扫描及3D打印，模具盒的模板、附属部件的3D打印，将打印好的基础板块拼接；2)倾斜角度的改变：在计算机建立侧板三维模型时，在侧板上部标注刻度条；根据计算，不同的尺寸的模板倾斜不同的角度对应不同的位移，在中间板垂直于侧板的基础上，根据计算的平移距离，分别向两个方向平移固定条3，由于倾斜角度的变化，中间板需要重新按规定打印。本发明能够同时制作多对试样，或者同时制作多种不同纹理面的试样。

技术领域

本发明属于岩体力学领域，涉及岩石表面力学研究时模型的制作，具体运用三维激光扫描并用3D打印岩石表面纹理的制作方法。本发明实现了不同尺寸、不同倾角的多组模型制作，可用于力学剪切实验研究中。

背景技术

由于经历了漫长的成岩过程与多期构造历史，工程岩体内部通常存在着大量原生与构造节理、卸荷裂隙等结构面。因此，工程中开挖的对象基本都是由结构面和岩块构成的具有一定结构特征的岩体。显然岩体中岩石结构面的抗剪强度测试与结构面几何特征分析对工程开挖设计与稳定性预测都具有重要意义，因此，国内外学者通过室内直剪试验等手段对岩石结构面的剪切特性进行了大量研究。然而，结构面抗剪强度试验是破坏性试验，结构面一旦破坏了就不能修复，也不能重复利用，故一个原岩结构面只能进行一次破坏性试验，而且，现场取得的原岩结构面表面形态和起伏度各有差异，很难获取具有相同表面形态和起伏度的原岩结构面试样，难以满足结构面的多点法直剪试验和重复性要求。因此，为了全面分析岩石结构面抗剪强度的力学特性，需要制作大批岩石结构面模型试样。

常规模具一次只能做一组上下盘吻合的岩石试样，无法用一个模具同时制作多组试样。如张菊连等利用自制钢模具制作了不同粗糙度系数的结构面试样，对不规则结构面的剪切特性进行了研究；罗战友等利用结构面上盘模具、下盘模具以及定位销构成的组合模具制作了10组具有不同表面起伏度和粗糙度的结构面试样，研究了岩石结构面峰值摩擦角的应力效应；黄曼等利用不同尺寸模具制作若干试样，研究了不同尺寸岩石模型结构面抗剪强的特征；李海波等利用钢模制作了若干混凝土岩石节理试样，并对其在不同剪切速率下的强度特性进行了研究；沈明荣和张清照利用试验模具制作了4种不同角度的规则齿型结构面试样，并对其剪切特性进行了研究；刘博等利用模具制作3种壁岩强度、5种起伏度的结构面试样，研究了结构面在循环剪切荷载条件下的变形特性；Z.Y.Yang和D.Y. Chiang利用模具制作了若干锯齿状结构面试样，并对其剪切特性进行了研究，罗战友等利用钢材模具制作了吻合模型结构面一体化制作模具，并且利用3D打印中间起伏隔板。

综上所述，以上现有的模具一次只能同时制作一对试样，而无法利用一个模具同时制作多对试样，或者同时制作多种不同纹理面的试样。不同的结构面具有不同的倾斜角度，而上述常规的模具都无法实现结构面角度的变化。

发明内容

为了克服现有的模具制作方法的模具一次只能同时制作一对试样、而无法利用一个模具同时制作多对试样、或者同时制作多种不同纹理面的试样的不足，本发明结合最新发展的3D打印、表面三维激光扫描技术和传统岩石模型制作方法，提出了一种基于3D打印一次制作多组可拼接吻合岩石结构面模具的制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于3D打印一次制作多组可拼接吻合岩石结构面模具的制作方法，包括以下步骤：

1)两面带表面纹理面的扫描及3D打印，模具盒的模板、附属部件的3D打印，将打印好的基础板块拼接；