0-基于三维扫描与打印的岩体自然结构面试样制作方法与剪切试验验证_熊祖强分解.pdf

第 36 卷第 6 期 岩 土 力 学 Vol.36 No. 6 2015 年 6 月 Rock and Soil Mechanics Jun. 2015 DOI：10.16285/j.rsm.2015.06.005 基于三维扫描与打印的岩体自然结构面 试样制作方法与剪切试验验证 熊祖强 1，江 权 2，龚彦华 1, 3，宋磊博 3，崔 洁 2 (1. 河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454000；2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；3. 东北大学 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室,辽宁 沈阳 110819) 摘 要：无法大量制作表面形态完全一致的含自然???构面的剪切试样一直是困扰岩石结构面力学试验深入研究的难题之一。 借助必威体育精装版发展的 3D 打印和表面快速扫描技术，提出了岩石自然结构面试样制作新方法。该方法采用三维扫描仪获得岩石自 然结构面表面形态的高精度点云数据，然后通过逆向工程软件重构自然结构面的表面形态和含自然结构面的虚拟剪切模型， 进而通过 3D 打印技术制作含自然结构面的 PLA（绿色环保材料聚乳酸）塑材模具，最后借助 PLA 结构面模具在制样盒内 通过相似材料浇筑成型出剪切试样，从而实现批量制作结构面形貌完全一致的相似材料结构面剪切试样，满足多种组合试样 方案下岩石自然结构面的深入分析。采用这一方法针对 3 种岩石自然结构面进行了批量制作和剪切试验测试表明：（1）浇筑 制作成试样的结构面表面高程与原始结构面高程之间的误差分析显示，岩石自然结构面可以高精度地复制到剪切试样中；（2） 相同剪切试验条件下多个剪切试样的剪切位移-剪切力曲线的重合度非常高，表明制作的结构面剪切样的一致性好且试验结 果离散性小；（3）通过剪切结构面试样在剪切前后的表面形态扫描分析发现，相同试验条件下自然结构面的剪切破坏形态具 有非均匀性。 关 键 字：三维扫描；三维打印；结构面；剪切试验；逆向制作 中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1000－7598 (2015) 06－1557－09 A method for preparing natural joints of rock mass based on 3D scanning and printing techniques and its experimental validation XIONG Zu-qiang1，JIANG Quan2，GONG Yan-hua1, 3，SONG Lei-bo3，CUI Jie2 (1.School of Energy Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China; 2.State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Insitute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 3. Key Laboratory of Ministry of