[发明专利]基于3D打印的标准圆柱节理锚固试块模具制作及操作方法

摘要

一种基于3D打印的标准圆柱节理锚固试块模具制作及操作方法，CAD建模，建立具有特定角度节理面的空心圆柱体、底座和实心小圆棒，并在空心圆柱体上设置贯穿节理面的小孔；节理面将空心圆柱体分割为上部模具和下部模具；文件格式转换切片并导入3D打印机；3D打印机打印成型各个模具组件；空心圆柱体模具组装；组合圆柱模具组装；混凝土浇筑及脱模；插入钢筋以模拟锚杆，并于钢筋端部安装螺母,锚固；制成标准尺寸并含特定角度节理面的锚固试件。该方法能便捷、准确地制成符合国际岩石力学学会标准的且包含节理面和锚孔的圆柱形岩块，同时，能有效保证节理面的参数及锚孔的参数得到精确有效的控制，能显著提高平行测试的稳定性和精确度。

主权项

1.一种基于3D打印的标准圆柱节理锚固试块模具制作及操作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：CAD建模，其具体步骤如下：S1，利用CAD软件的三维建模功能在三维空间坐标系内建立空心圆柱体(6)，并在空心圆柱体(6)内部建立特定角度的斜切面模拟节理面(4)，节理面(4)中心位置与空心圆柱体(6)中部截面圆心位置重合；S2，在空心圆柱体(6)的特定高度处设置横向贯穿节理面(4)的小孔；S3，依据节理面(4)将空心圆柱体(6)切分为上部模具(2)和下部模具(1)，其中上部模具(2)具有上部模具斜端面(2‑1)、形成于上部模具斜端面(2‑1)上的上部模具内孔(2‑2)和形成于外圆面上的上部模具外孔(2‑3)，下部模具(1)具有下部模具斜端面(1‑1)、形成于下部模具斜端面(1‑1)上的下部模具内孔(1‑2)和形成于外圆面上的下部模具外孔(1‑3)；S4，分别将S3中所建立的上部模具(2)和下部模具(1)沿着中心垂直面进行切分，将上部模具(2)分割为相互对称的上部模具A(2‑4)和上部模具B(2‑5)，将下部模具(1)分割为相互对称的下部模具A(1‑4)和下部模具B(1‑5)；S5，利用CAD软件的三维建模功能在三维空间坐标系内构建与上述空心圆柱体(6)尺寸相同的实心圆柱体，并在实心圆柱体上设置出小孔相适配的横向贯穿孔，再根据节理面(4)的角度和位置在实心圆柱体上切割出与节理面(4)轮廓相同的节理面薄片(4‑3)，其中节理面薄片(4‑3)被横向贯穿孔贯穿后在其上端面和下端面分别具有上侧孔(4‑1)和下侧孔(4‑2)；S6，利用CAD软件的三维建模功能在三维空间坐标系内构建底座(5)，底座(5)由底座基础(5‑1)和底座上缘(5‑2)组成，且底座上缘(5‑2)内部具有底座内槽(5‑3)，底座内槽(5‑3)的内径与空心圆柱体(6)的外径相适配；S7，利用CAD软件的三维建模功能在三维空间坐标系内构建与小孔相适配的实心小圆棒(3)；S8，将上述已经建立好的上部模具A(2‑4)、上部模具B(2‑5)、下部模具A(1‑4)、下部模具B(1‑5)、节理面薄片(4‑3)和实心小圆棒(3)的模型分别导出为stl格式的文件；步骤2：文件格式转换切片，将stl格式文件导入3D打印机对应切片软件，设置平台附着类型为底层边线，切片完成后导入3D打印机；步骤3：3D打印机打印成型各个模具组件，打印完成后，将3D打印机平台升温至设定温度，将打印完成后的模具组件从打印平台上剥离，同时去除模具组件底部的底层边线；步骤4：空心圆柱体模具组装，将上部模具A(2‑4)和上部模具B(2‑5)对齐并压紧，使用胶枪在接缝处点上溶胶，而后用一薄片抹平并盖住整个接缝形成上部模具(2)；将下部模具A(1‑4)和下部模具B(1‑5)对齐并压紧，使用胶枪在接缝处点上溶胶，而后用一薄片抹平并盖住整个接缝形成下部模具(1)；将节理面薄片(4‑3)置于上部模具(2)与下部模具(1)之间，调整对齐，节理面薄片(4‑3)的上侧孔(4‑1)一面对应上部模具(2)，节理面薄片(4‑3)的下侧孔(4‑2)一面对应下部模具(1)，使用胶枪将溶胶点在接缝处，并用薄片抹平盖住整个接缝形成空心圆柱体模具；步骤5：组合圆柱模具组装，将实心小圆棒(3)由空心圆柱体模具一侧的上部模具外孔(2‑3)或下部模具外孔(1‑3)插入，并贯穿空心圆柱体模具，而后分别在小孔外侧周围、空心圆柱体模具内表面、节理面薄片(4‑3)的两端面、实心小圆棒(3)外表面和底座内槽(5‑3)的内部分别涂抹凡士林，再将底座(5)扣合在空心圆柱体模具的底部以形成组合圆柱模具，放置于水平台面上；步骤6：混凝土浇筑及脱模，缓慢地将搅拌后的特定标号的水泥浆料由组合圆柱模具的上开口端倒入上部模具(2)的内腔，设定时间A内轻微转动实心小圆棒(3)，设定时间B内将组合圆柱模具倒转，拆除底座(5)，缓慢地将搅拌后的同标号水泥浆料由组合圆柱模具的上开口端倒入下部模具(1)的内腔，设定时间C后再次轻微转动实心小圆棒(3)，其中设定时间B大于设定时间A；放置设定时间D后脱模，脱模后的两部分试件的结合处形成节理面(4)，原实心小圆棒(3)的位置形成贯穿两部分试件的锚孔；步骤7：锚固，将上述脱模后的试件养护至少设定时间E，之后根据测试需求于锚孔中插入贯穿试件节理面(4)的钢筋用于模拟锚杆，其中钢筋的两端分别裸露于试件相对的两侧，并等强加工有细牙螺纹，且于螺纹部分套装有对应标号的螺母并紧固，形成标准尺寸并含特定角度节理面(4)的锚固试件。