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申请/专利权人：华能澜沧江水电股份有限公司;中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司;中国科学院武汉岩土力学研究所;华能澜沧江上游水电有限公司

摘要：本发明提供一种基于3D打印的深部层状岩石物理模型试验方法，涉及岩土工程技术领域。获取原岩基本力学参数，设定原岩与物理模型试样的几何和应力相似比；设置正交试验表，根据该表配制满足可打印性的相似材料并进行3D打印；开展力学试验，获取满足应力相似比的正交试验组合，并根据几何相似比打印隧道模型；开展物理模型试验。本发明提供了一种新的层状岩体隧道物理模型试验方法，充分考虑了层状模型试样与原岩在各向异性力学性质上的相似性，并充分结合物理模型试验及3D打印技术的优点，可靠、经济、科学地认知层状岩体的灾变机制，并为层状围岩隧道的设计和施工提供科学依据，对层状岩体工程稳定性分析乃至岩石力学的发展具有重要意义。

主权项：1.一种基于3D打印的深部层状岩石物理模型试验方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：获取原岩基本力学参数，具体包括：获取层理倾角为0°、60°、90°的原岩试样的压缩强度，并测得垂直及平行层理面时试样的抗拉强度；将层理倾角为60°及0°试样的压缩强度之比定义为各向异性指数k；求得平行及垂直层理面的弹性模量E12、E13及泊松比μ12、μ13；步骤2：确定相似比；对于深部工程问题，忽略物理模型重力的影响，将几何相似比和应力相似比独立选取；根据物理模型试验实际需要，分别设定出原岩与物理模型试样的几何相似比和应力相似比；步骤3：配制满足可打印性的相似材料并进行3D打印；选取石英砂为骨料，以硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、粉煤灰为胶凝材料，并添加一定的减水剂、缓凝剂及增稠剂，按照一定的配比配制好胶凝材料；测试不同骨胶比下满足可打印性的水胶比，保证材料的可挤出性、自持力；以骨胶比、纤维掺量、层高、填充率为正交试验因素，并设置4个水平，设置不同因素、水平组合下的正交试验表；根据该正交试验表进行配料、搅拌，制得满足可打印性的相似材料；利用混凝土3D打印机将配制的相似材料打印出试样，每种正交试验组合均打印层理倾角为0°、60°及90°的试样，每种角度至少打印三个试样，待试样充分凝固后置于标准养护箱中养护7天；步骤4：开展力学试验；对步骤3中制得的试样进行单轴压缩试验；测得每种正交试验组合下，试样的压缩强度，平行及垂直层理面的抗拉强度、弹性模量E12、E13及泊松比μ12、μ13、各向异性指数，并获取试样的破坏形态；获取满足应力相似比的正交试验组合，并且该组合下试样的破坏形态与原岩相似；步骤5：根据几何相似比打印隧道模型；根据步骤4确定的正交试验组合，按照该组合对应的配比配制相似材料并设置对应的打印参数；根据设定的几何相似比打印符合试验需求层理产状的隧道模型；将打印的隧道模型置于标准养护箱中养护7天，之后将隧道模型加工成满足试验需求的尺寸；步骤6：开展物理模型试验；根据试验需求设置不同的边界条件及减磨措施；在步骤5加工后的隧道模型观察面喷涂散斑并设置声发射监测装置；对隧道模型进行压缩试验。

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