[发明专利]一种岩石力学实验试件制备方法

说明书

本发明公开了一种岩石力学实验试件制备方法，其特征在于，先构建内部含有三维裂隙的岩石试件模型，将岩石试件模型转换为STL文件并导入到粉末粘结成形3d打印机中，采用粉末粘结成形打印出岩石试件，再调整试件强度使其满足试验模拟要求。本发明能够更好地模拟岩体及其裂隙的实际情况，可以更好地提高岩石力学试验精度和可应用性，使其可以更好地应用于岩体工程施工指导，提高工程施工可靠性和安全性。

技术领域

本发明涉及岩石性能研究技术领域，具体涉及一种岩石力学实验试件制备方法。

背景技术

在掘进勘探等真实岩体工程中，经常会遇到含复杂裂隙结构岩体，岩体常常作为承载结构存在于实际工程中。为了工程的顺利进行，以及保证后续基建的可靠性，需要探测岩体的力学性能，但往往受制于各种现场条件,岩石力学的原位试验无法进行。只能以模拟研制岩石试件的方式，对岩体进行力学性能研究。

对于含有复杂裂隙结构的岩体，传统的试验岩石试件研究方法，无法在试件内部复现能够反应真实情况的裂隙结构。目前随着3D打印技术的普及，申请人曾考虑采用3D打印的方式获得能够反应岩体内部裂隙情况的岩石试件，并申请了专利CN201811560021.3，该专利公开了一种基于3D打印技术的充填型裂隙网络岩石试件制备方法，属于土木、水利及采矿等地下工程试验相关技术领域。该发明首先构建三维随机裂隙网络模型；将得到的模型转换成STL文件；并导入到3D打印机；通过3D打印机打印三维随机裂隙网络模型；在模型外表面涂抹防水涂料；把三维随机裂隙网络模型放置于并钢模具中，再把水泥砂浆倒入放置有三维随机裂隙网络模型的钢模具中，并振捣均匀；把水泥砂浆试件连同钢模具一同放入标准养护箱；再降解三维随机裂隙网络模型；将降解后的试件再次放置于标准养护箱中养护，再向养护好的试件的三维随机裂隙中充填所需的材料，最终得到充填型裂隙网络岩石试件。

但上述专利的岩石试件制备方法，是采用易溶材料3D打印裂隙模型，然后采用钢模具制备试件，再水洗去除试件内部模型获得裂隙。故这种方式虽然比较容易控制和模拟试件的强度，也比较容易控制和模拟裂隙的结构形状，但仍然存在以下缺陷。1裂隙模型需要依靠可以水洗降解掉的可溶性材料打印，故材料限制，只能采用熔化挤压成型的打印方式获得裂隙模型，这种方式打印的裂隙模型成型精度较低；同时裂隙模型由于是柔性材料，自身硬度很低，而裂隙往往具有长而细的特点，故在后续浇筑成型获得岩石试件的过程中，裂隙模型容易受压产生变形，进一步放大了裂隙的形状误差，极大地降低了模拟效果。2裂隙模型后续需要水溶清洗掉，故裂隙需要和试件外表面相通且连通开口不能太小，否则很难实现裂隙模型的溶解。但实际工程中，裂隙往往是独立封闭存在于岩体内部，故裂隙外通的岩石试件，往往难以模拟和反应真实的岩体情况，试验结果不能有效的指导工程应用，误差很大。申请人考虑可以采用直接3D打印岩体试件的方式获得封闭裂隙结构的岩体试件，但是直接3D打印岩体试件的方式，其岩体自身结构强度同样很难控制使其能够模拟反应实际岩体情况，尤其是含有裂隙的岩体自身往往存在一定的孔隙率，很难通过浇筑成形的方式在岩石试件中形成模拟。3还有一种情况是，实际工程中遇到的岩体裂隙，其内部往往会夹杂有天然气、页岩气等气体并形成气压，该裂隙气体和气压的存在，会对实际工程产生较大的影响。但现有试验所用的试件，均无法反应该裂隙气体的影响，使其试验结果精度较差，可应用性较差。

故如何提供一种岩石力学试验试样的制备方法，使其能够更好地模拟岩体裂隙实际情况，并能够控制试件强度以及生成裂隙气体，以更好地模拟岩体实际情况，提高试验精度和可应用性，成为本领域技术人员有待进一步考虑解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够更好地模拟岩体及其裂隙的实际情况，以提高试验精度和可应用性的岩石力学实验试件制备方法，使其可以更好地应用于岩体工程施工指导，提高工程施工可靠性和安全性。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：