[发明专利]一种裂隙结构岩体的3D打印重构方法及裂隙结构岩体

权利要求书

1.一种裂隙结构岩体的3D打印重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

对天然裂隙结构岩体中的岩块进行单轴压缩力学试验，获得岩块的应力-应变力学特性和破坏特性；

对天然裂隙结构岩体中的结构面进行剪切和拉伸试验，获得所述裂隙结构岩体的结构面剪切与拉伸力学特性和破坏特征；

确定3D打印重构裂隙结构岩体岩块与结构面的力学特性相似比；

岩块3D打印材料选择及相似性保证；

结构面3D打印材料选择及结构设计；

裂隙结构岩体3D建模与输出；

所述结构面3D打印材料选择及结构设计，包括：

所述3D打印重构裂隙结构岩体的结构面采用网状结构设计；

通过三维扫描所述天然裂隙结构岩体的壁面起伏程度，获得三维点云数据；

根据所述网状结构设计及三维点云数据完成所述3D打印重构裂隙结构岩体的结构面壁面结构打印；

对所述3D打印重构裂隙结构岩体的结构面进行剪切及拉伸试验，通过对试验结果的相似性对比，验证所述3D打印重构裂隙结构岩体网状结构设计的有效性；

所述裂隙结构岩体的结构面采用网状结构设计，具体方法为：

若重构尺寸为的标准尺寸结构面试样，则该标准尺寸结构面试样的横截面面积为：

式中：S_total为横截面面积，单位mm²；D_total为横截面直径，单位mm；

若在3D打印重构过程中，采用Fullcure 720作为重构结构面的材料，该材料的抗拉强度为40MPa，则网状结构和整个截面Fullcure 720的抗拉强度比R_net为：

则岩体结构面网状结构的总面积S_net为：

S_net＝R_net·S_total＝0.002×1962.5＝3.93mm² (7)

如果设置网状结构连接点的直径D_point为0.2mm，则每个连接点的面积S_point为:

则横截面内所需要的网状结构连接点的个数N_point为:

如果网状结构连接点以正方形排列，则连接点之间的间距L_point可计算为：

在3D打印重构裂隙结构岩体结构面剪切力学及破坏特征方面，需要对天然岩体结构面进行3D扫描，获取重构裂隙结构岩体结构面壁面起伏程度的3D点云数据；

采用3D打印技术，在结构面壁面岩块材料选择及3D扫描点云数据的基础上重构岩体结构面。

2.如权利要求1所述的裂隙结构岩体的3D打印重构方法，其特征在于，所述对天然裂隙结构岩体中的岩块进行单轴压缩力学试验，包括：开展壁面岩块的单轴压缩试验，其中：

试验岩块岩芯的形状为圆柱体，其直径为50mm，高度为100mm；

对岩块力学试验的应力-应变曲线进行绘制，对岩块岩芯的破坏特征进行分析。

3.如权利要求1所述的裂隙结构岩体的3D打印重构方法，其特征在于，所述对天然裂隙结构岩体中的结构面进行剪切和拉伸试验，包括：

对所述天然裂隙结构岩体的结构面进行剪切试验，确定裂隙结构岩体结构面的剪切力学特性及破坏特征；

对所述天然裂隙结构岩体的结构面进行拉伸试验，确定裂隙结构岩体结构面的拉伸力学特性及破坏特征。