文献类型：学位论文

中文题名：3D打印锚杆对节理岩体的锚固效应试验研究

作者：刘小霞[1];

机构：[1]绍兴文理学院;

导师：薛飞;绍兴文理学院|黄帆;绍兴文理学院

授予学位：硕士

语种：中文

中文关键词：3D打印;单轴压缩试验;数字散斑;节理角度;锚固效应

中文摘要：为研究锚杆对节理岩体的锚固力学效应,基于3D打印技术制作了以矿用锚杆为原型的缩尺锚杆和含预制节理面的制样模具,制备了不同角度的节理锚固试样,并采用三维数字散斑（DIC）技术和压力传感器对试样在单轴压缩试验过程中表面位移场、应变场及锚固力的变化进行了监测,揭示了不同岩体强度、不同节理角度锚固岩体的变形与强度特性和锚固力学效应。论文得到以下创新性成果:（1）在实验室中采用3D打印技术打印出不锈钢锚杆取代钢丝、钢筋等模拟实验。本文利用激光扫描锚杆处理后的“stl”文件和CAD设计含节理模具导出的“stl”文件导入3D打印机,使用不锈钢金属粉末打印锚杆,并测试3D打印锚杆的力学性能与矿用原型锚杆力学特性相似,其表面几何形状完全相同。考虑到国际通用的岩石力学测试标准,本文采用圆柱形试样便于MTS815试验机测试方便,无需再额外加工配套工装,圆柱形试样的节理面在设计和制作模具时尽量保证其呈现为平面状态,有助于测试过程中观察试块沿所设置的节理平面产生剪切效果。（2）采用H40高强灌浆料配制标准软岩、中硬岩节理岩体,硬岩选择花岗岩,并使用3D打印锚杆对节理岩体进行锚固,本文中节理岩体的角度选取15°、30°、45°、60°,通过传感器采集得到的锚固力数据、数字散斑处理后得到应变场和位移场共同揭示了节理角度对试样剪切行为起着重要的控制作用,试验结果表明:节理是削弱岩体试块强度的重要因素之一,当节理存在时试块的强度明显降低,且随着节理角度的增加试块的强度逐渐降低。当节理角度为15°时,试样整体承载力受块体自身强度影响较大,岩体试块主要以劈裂破坏为主;当节理角度为30°、45°、60°时,试样整体承载力受节理面的抗剪强度影响较大,锚杆对节理面的加固效果比较明显,此时锚杆不仅受杆体的黏结及抗剪作用,还借助了装配在锚杆两侧的托盘给锚固试样提供的约束力,共同维持试样整体的承载性能岩体试块主要以剪切破坏为主。本文所采用的3D打印缩尺锚杆制作方法为今后开展锚固岩体力学效应试验研究提供了一种新的锚杆模拟材料,相对于使用钢丝、铝棒、光圆螺杆等传统锚杆模拟材料具有显著的优越性,本文的研究结果还可为节理岩体锚杆加固机理的相关研究提供参考。