本發明公開了一種裂隙張開型和填充型復雜裂隙巖體物理模型構建方法，包括：采集巖體裂隙的產狀、跡長與間距參數，獲取各組裂隙統計結果；建模生成復雜裂隙網絡數值模型；設定裂隙的厚度，修剪模型并縮減比例，生成復雜裂隙網絡實體模型；利用3D打印機打印復雜裂隙網絡物理模型；將所述復雜裂隙網絡物理模型內置于制樣模具，灌注砂漿并養護，制備獲得含裂隙材料復雜裂隙巖體物理模型；將含裂隙材料復雜裂隙巖體物理模型浸泡到化學溶劑中，持續小幅振動直至裂隙材料完全溶解，制備獲得裂隙張開型復雜裂隙巖體物理模型；加熱石蠟熔融，使熔融石蠟灌注進裂隙張開型復雜裂隙巖體物理模型，制備獲得裂隙填充型復雜裂隙巖體物理模型。

技術領域

本發明涉及巖石力學領域，尤指一種裂隙張開型和填充型復雜裂隙巖體物理模型構建方法。

背景技術

在巖石力學特性室內研究方面，受限于復雜模型建模方法，目前的研究多針對巖石或類巖石(石膏、混凝土)材料進行研究，針對含復雜裂隙分布的相似巖體材料的力學行為研究較少。隨著3D打印技術的興起和進步，實現復雜結構的實體建模逐漸成為可能。目前，3D打印技術在醫學、機械制造、汽車等領域應用較廣，在巖石力學方面的應用還較少，尤其在復雜結構面幾何建模方面的應用成果鮮見于報道。由于實際巖體中富含大量隨機分布的復雜幾何形態的節理結構面，且這種巖體的力學特性研究對于巖體工程穩定性分析及力學參數獲取具有重要價值，由于巖體內部節理結構面空間幾何分布的復雜性、隨機性，針對這種含復雜節理的巖體物理試驗模型尚未見于報道。目前采用3D打印技術進行巖體節理結構面力學分析方面，主要有以下兩類相似的方案：第一類方法是采用3D打印技術，研究單一節理面的表面粗糙形態，進而進行建模和開展相關的力學試驗，比如直剪試驗等。第二類方法是采用3D打印技術，進行含單條平滑節理的類巖石材料建模，研究平滑節理的傾角對試件的力學影響?，F有技術主要針對單結構面進行建模，主要方法是采用激光掃描的方式進行單結構面復雜幾何形態的掃描、計算機建模，進一步開展3D打印生成物理模型。

傳統裂隙巖體物理模型構建方法通過在砂漿澆筑過程中預置片狀材料、澆筑完成后再將片狀材料移除的方法構建裂隙巖體，但只能構建包含單一或簡單組合裂隙的巖體物理模型。

近些年，陸續有科研院所采用3D打印技術構建復雜裂隙巖體物理模型，主要有兩種方式：(1)首先構建復雜裂隙巖體數值模型，然后利用3D打印技術直接打印出裂隙巖體物理模型。該方法受3D打印材料限制，復雜裂隙巖體物理模型的強度不可隨意調控。(2)首先構建復雜裂隙網絡數值模型，并利用3D打印技術打印出復雜裂隙網絡物理模型，然后將復雜裂隙網絡物理模型內置于制樣模具內并澆筑砂漿，最終構建出復雜裂隙巖體物理模型。該方法構建出的復雜裂隙巖體物理模型中包含有裂隙材料，而裂隙材料會顯著影響復雜裂隙巖體物理模型的力學性質。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提出了一種構建包含復雜裂隙網絡的裂隙巖體物理模型的方法，模型主體為強度可調的常規砂漿材料，裂隙既可以是張開的，也可以是填充的。