[发明专利]一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法

摘要

本发明属于岩石工程领域，涉及一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法。本发明针对目前透明隧道模型制作方法中存在的不足与缺陷，提供了一种脆性好、易于成型、易于脱模、易于制备不同长度孔道、易于控制裂隙和隧道的相对位置关系的高透性隧道模型的制作方法，采用有机玻璃管模拟隧道孔道，采用云母片模拟岩石中存在的裂隙，并采用3D打印技术制作复杂裂隙模型模拟围岩中复杂的裂隙网络。本发明可以模拟不同开挖阶段和不同隧道数量的透明隧道模型，且在围岩中可以精确布置不同形状、不同角度、不同数量和与隧道不同位置关系的裂隙，使隧道模型易于观察节理岩体地下隧道在受压后的力学特性和破裂规律。

主权项

一种模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的制作方法，其特征在于，采用有机玻璃管模拟隧道孔道，采用云母片模拟岩石中存在的裂隙，并采用3D打印技术制作复杂裂隙模型模拟围岩中复杂的裂隙网络，具体制作步骤如下：(1)制备隧道模型的框架模具采用有机玻璃板作为隧道模型的框架模具，将5块玻璃立板组成顶部开口的盒子；根据预制备的隧道孔道模型、以及围岩中的裂隙模型和复杂裂隙模型的数量、尺寸，以及裂隙、复杂裂隙网络与隧道孔道的相对位置关系，通过CAD制图预先设计出隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型在有机玻璃板框架模具中的定位，并在对应的玻璃板上设计隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位孔，然后根据CAD制图设计，通过激光切割在有机玻璃板框架模具上制作出隧道孔道模型、裂隙模型和复杂裂隙模型的定位孔；(2)制备隧道孔道和裂隙模型按确定的隧道孔道和裂隙数量和尺寸，制备相应的有机玻璃管模型和不同片状形状的云母片模型来模拟隧道孔道和裂隙；(3)3D打印制备隧道模型围岩中的复杂裂隙模型通过二维结构面网络重构生成2D数字图像，利用极射赤平投影法与玫瑰花图对裂隙进行统计分析,基于ProE三维制图软件按照统计特征与各自分布规律的概率密度函数构建围岩中复杂的裂隙网络的三维裂隙结构模型，采用3D打印机进行围岩中复杂裂隙模型的制作，打印材料使用聚乳酸高分子塑料；(4)隧道模型的定位利用牵线法定位作为隧道孔道模型的有机玻璃管和作为裂隙模型的不同片状形状的云母片，并且在隧道孔道模型的周围预设各种位置的包括不同形状的贯通节理、非贯通节理以及与隧道孔道轴向夹角不同的裂隙；具体如下：利用步骤(1)中有机玻璃板上切割制作的隧道孔道模型定位孔和裂隙模型定位孔，采用柔软的棉线顺次穿过每个隧道孔道模型定位孔及定位于有机玻璃板框架模块内的有机玻璃管隧道孔道模型，同样，采用柔软的棉线顺次穿过每个裂隙模型定位孔以及定位于有机玻璃板框架模块内的不同片状形状的云母片裂隙模型,将棉线端部牢固的粘贴在有机玻璃板上，3D打印的围岩中复杂裂隙模型同样采用柔软的细棉线顺次穿过每个复杂裂隙模型定位孔以及定位于有机玻璃板框架模块内的复杂裂隙模型；从而在有机玻璃板的框架模具内定位作为隧道孔道模型的有机玻璃管、作为围岩中裂隙模型的云母片和作为复杂裂隙网络模型的3D打印的复杂裂隙模型，脱模后形成裂隙、复杂裂隙模型和隧道孔道相互作用的透明隧道模型；(5)隧道模型的成型量取和配置不饱和树脂材料，浇筑步骤(4)中的隧道模型框架模具；浇筑时为避免产生气泡，应采用导棒引流的方式流入框架模具，将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时，待隧道模型具有一定强度之后可拆模，先将有机玻璃板框架模具除去，然后采用拉拔的方式，将隧道孔道模型的有机玻璃管拆除，云母片和3D打印的复杂裂隙模型作为预制裂隙和复杂裂隙网络保留在围岩中；脱模后隧道模型放入恒温干燥箱中，恒温75℃养护12小时，这样就完成模拟含复杂裂隙网络的透明隧道模型的全部制作过程。