
为了好好研究温度对 3D 打印岩体的物理力学性能和损伤破裂模式的影响,这个研究主要做了三个方面的工作:选了合适的材料和打印工艺,做出了很多内部结构高度一致的 3D 打印岩体试样;结合宏观和微观试验,研究了不同温度作用后的 3D 打印岩体试样的物理力学性能,还定义了最优力学温度;研究了在最优力学温度作用后,有预制裂隙的 3D 打印岩体试样的损伤破裂模式和力学性能。

在做试样制备的时候,这个研究从材料、成型工艺、优势和前景等角度,对第四次工业革命的核心技术之一——3D 打印技术进行了详细总结,深入研究了它在岩土工程领域的应用现状和发展前景。根据课题组之前的研究,用 Solidworks 建立了 3D 打印岩体试样的三维结构模型,选了 GS19 砂和呋喃树脂当打印基材,做出了很多内部结构高度一致的 3D 打印岩体试样。

对于不同温度作用后 3D 打印岩体试样力学性能的研究,先按照 50 摄氏度的温度梯度,用升温设备给 3D 打印岩体试样进行不同温度的高温处理,然后在自然状态下晾到室温,做了单轴压缩试验和劈裂抗拉试验,从宏观层面研究了不同温度作用后 3D 打印岩体试样的物理力学性能和损伤破裂特征。接着,结合电镜扫描试验和热重试验,从微观层面深入研究分析了温度让 3D 打印岩体物理力学性能产生变化的原因。最后根据这些研究,确定了能让 3D 打印岩体试样表现出最优力学性能的温度,也就是最优力学温度。

对于在最优力学温度作用后有预制裂隙的 3D 打印岩体试样的损伤破裂模式和力学性能研究,主要选了 D 型试样、B 型试样、X 型试样和 T 型试样,经过 150 摄氏度的高温处理后,在室温状态下做了单轴压缩试验。本文得出了下面这些主要结论:用 3D 打印技术和 3DP 打印工艺,可以用砂性材料做出 3D 打印岩体试样。试验表明,这种方法做的 3D 打印岩体试样成型速度快、结构高度一致、尺寸精细、离散性很小,这给岩体力学的研究提供了新的思路。