[发明专利]桶状结构面试样制作方法及外切内阻式桶状剪切仪

说明书

本发明涉及一种桶状结构面试样制作方法及外切内阻式桶状剪切仪。本发明的目的是提供一种桶状结构面试样制作方法及外切内阻式桶状剪切仪。本发明的技术方案是：一种桶状结构面试样制作方法，包括制作桶状内试样外侧结构面和与之相适配的环状外试样内侧结构面，其特征在于：获取天然岩体结构面上、下盘的的点云数据；基于天然岩体结构面上、下盘的的点云数据构建桶状内试样和环状外试样的三维模型，其中桶状内试样外侧结构面由上盘点云数据等比例构型而成，环状外试样内侧结构面由下盘点云数据等比例构型而成；结合3D打印技术将桶状内试样和环状外试样的三维模型打印形成桶状内试样和环状外试样的实体模型。本发明适用于岩体结构面力学行为试验仪。

技术领域

本发明涉及一种桶状结构面试样制作方法及外切内阻式桶状剪切仪。适用于岩体结构面力学行为试验仪。

背景技术

直剪仪是岩土体抗剪特性研究的常用试验仪器，既适用于土体剪切，亦常被用于岩体结构面剪切和土岩接触面剪切。直剪仪的优点：(1)剪切面形态条件明晰；(2)加载条件直接明快；(3)试验步骤较为简捷。但其亦存在如下缺点：(1)只能实现单向短距离剪切，用于获取峰值强度，却较难获得残余强度；(2)试验过程中有效剪切面积持续减小，试验数据需修正。

近年来，山区地质灾害频发，出现了较多大型顺层岩质滑坡。该类滑坡通常沿着既有岩层面(或大型岩体结构面)发生大位移剪切破坏，并最终发展为特大型岩体高速远程滑坡或高速远距离运移的碎屑流，严重威胁了山区人民的生命财产安全。显然，该动力学过程与结构面(层面)的强度特性息息相关，而该过程中结构面的剪切破坏亦会直接影响其力学强度，力学强度的改变又能反向影响岩体滑坡的动力特征，因此结构面(层面)在长距离剪切过程中的强度变化特性(尤其是残余强度)研究具有现实意义。

然而目前为止，尚无合适的试验仪器来研究结构面在长距离单方向剪切过程中的强度力学特性。尽管环剪仪能够实现单方向长距离剪切，且已在土力学中得到广泛应用。但对于坚硬的岩体结构面而言，其特点是：(1)表面粗糙形态为既定，难以像土体一样配置重塑样；(2)一旦沿单向发生错动，则剪切方向(该方向上的形貌特征)已既定，不可能发生环绕式剪切。显然，普通环剪仪的平面环形构造制约了结构面在既定方向上的准确制样，因而不能如土体一样采用环剪仪对结构面进行长距离、全过程的剪切力学研究。此外，由于常规环剪仪的结构特征，其剪切面沿径向分布的剪应力随径长的增大而增大，因此设计者通常将环形剪切面尺寸进行限制，以取得剪切面上剪应力近似相等的效果，但其导致了该类环剪仪难以开展大尺寸的剪切试验。

得益于现代科技发展，高新技术不断涌现。诸如在几何形态数据获取和形态重现方面，三维激光扫描和3D打印等技术已成熟，在多个领域得到了应用。岩体力学研究领域，已有学者采用三维激光扫描技术获取岩体结构面的形态数据，并将其导入计算机软件进行精准建模。但是，目前仍较少采用三维激光扫描技术和3D打印技术联合的方法，对岩体结构面进行实体塑形，以及应用于实体试验。且当前尚未出现基于平面态结构面的点云数据，对天然结构面进行等比例桶状3D塑形的理念。

因此，基于当前的实际研究述求，结合现有的高新技术，联合开发出相应的研究试验仪器对岩体结构面的长距离剪切力学特性开展研究是有意义的、具有创新性的项目。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种桶状结构面试样制作方法及外切内阻式桶状剪切仪。

本发明所采用的技术方案是：一种桶状结构面试样制作方法，包括制作桶状内试样外侧结构面和与之相适配的环状外试样内侧结构面，其特征在于：

获取天然岩体结构面上、下盘的的点云数据；

基于天然岩体结构面上、下盘的的点云数据构建桶状内试样和环状外试样的三维模型，其中桶状内试样外侧结构面由上盘点云数据等比例构型而成，环状外试样内侧结构面由下盘点云数据等比例构型而成；

结合3D打印技术将桶状内试样和环状外试样的三维模型打印形成桶状内试样和环状外试样的实体模型。