[发明专利]3D打印隧道模型制作辅助装置和模型制作方法

说明书

本申请涉及一种3D打印隧道模型制作辅助装置和模型制作方法，涉及岩体工程测试技术领域，制作辅助装置包括能够伸入物理模型的隧洞口中的主杆和插锚机构，插锚机构包括安装于主杆上的进给组件和动力组件，进给组件包括固定于主杆的固定件和转动设置的转动件，动力组件用于带动转动件转动；锚杆表面沿轴向设有贯通的开槽，转动件用于与锚杆螺纹连接，固定件上设有用于锚杆穿过的穿孔，穿孔与转动件上的螺孔同轴设置，固定件设有用于与锚杆上的开槽配合以限制锚杆周向转动的限位棱；模型制作方法包括整体打印模型基体和利用辅助装置将锚杆插入到模型基体的锚孔。该申请能够提高岩体物理模型进行实验模拟数据反映实际工程符合度的优点。

技术领域

本申请涉及岩土工程测试技术领域，尤其是涉及一种3D打印隧道模型制作辅助装置和模型制作方法。

背景技术

岩体中往往含有复杂的内部结构特征，如纵横交错的节理裂隙、形态大小不一的孔洞，这些缺陷直接影响整个岩体的变形和强度，且直接关系到岩体工程中的稳定性。为了研究含人工结构的岩体宏观力学性质和变形破坏特征，传统一般会采用室内物理模型实验的方式。然而传统室内物理模拟实验在数值模拟过程中，往往将复杂工程岩体结构进行简化处理，造成模型与真实岩体存在较大的偏差。

随着3D打印技术的发展，研究人员借助CT成像技术和3D打印技术结合，利用塑料打印出与砂岩相同内部空隙特征的模型，然而塑料和岩体材质差异大，试验模拟数据与实际工程相符度低。后来研究人员将塑料用石膏代替，打印出石膏材质的物理模型进行试验，效果有较高的提升。

针对上述相关技术，发明人认为存在以下缺陷：对于隧洞形式的物理模型，3D整体打印后隧洞口较小，人手无法伸入隧洞口内进行锚杆的插放，所以进行试验时模型为无锚杆支护的方式进行，然而实际工程中存在锚杆支护，模拟数据与工程实际情况仍然存在偏差。

发明内容

为了改善3D打印岩体物理模型试验模拟数据反映实际工程符合度低的问题，本申请提供一种3D打印隧道模型制作辅助装置和模型制作方法。

第一方面，本申请提供一种3D打印隧道模型制作辅助装置采用如下的技术方案：

一种3D打印隧道模型制作辅助装置，包括能够伸入物理模型的隧洞口中的主杆和插锚机构，所述插锚机构包括安装于主杆上的进给组件和动力组件，所述进给组件包括固定于主杆的固定件和转动设置的转动件，动力组件用于带动转动件转动；所述锚杆表面沿轴向设有贯通的开槽，所述转动件用于与锚杆螺纹连接，所述固定件上设有用于锚杆穿过的穿孔，穿孔与转动件上的螺孔同轴设置，所述固定件设有用于与锚杆上的开槽配合以限制锚杆周向转动的限位棱。

通过采用上述技术方案，在物理模型外部先将锚杆穿过固定件的穿孔，锚杆上的开槽与固定件上的限位棱对齐，锚杆的端部伸入到转动件内，通过旋转转动件使得锚杆的端部与固定件的穿孔端部齐平或者露出小段。然后通过主杆将进给组件和锚杆伸入到物理模型的隧洞口中，当锚杆移动到与物理模型内的锚孔对齐后，通过动力组件带动转动件旋转，由于转动件与锚杆螺纹连接，锚杆被限位棱限制周向转动，使得锚杆沿着穿孔轴线定向移动插入到物理模型的锚孔中。

可选的，所述主杆表面沿主杆长度方向设有刻度。

通过采用上述技术方案，通过主杆将进给组件伸入到隧洞口内时，可以根据主杆上的刻度判断伸入位置，根据三维建模时物理模型中锚孔的设置位置数据，可以方便快速的将锚杆伸入到锚孔位置。

可选的，所述物理模型制作辅助装置还包括支撑机构，所述支撑机构包括底座和支架，所述支架能够相对底座上下滑动并固定位置，所述主杆支撑于支架并与支架沿主杆长度方向相对滑移。

通过采用上述技术方案，主杆支撑到支架上，移动主杆过程中减小主杆晃动，有利于锚杆与物理模型的锚孔对齐。在锚杆插入锚孔的过程中，减小了主杆晃动造成锚杆插入引发新的裂隙的可能。