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     巖體一般是由若干結(jié)構(gòu)弱面(斷層、節(jié)理、裂隙等)切割而成的多裂隙體，而節(jié)理、裂隙的起裂、擴(kuò)展直至最后的貫通，往往是巖體失穩(wěn)的主要原因之一，因此，含裂隙巖體的力學(xué)性質(zhì)一直是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

　　由于自然裂隙巖體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜且具有各向異性等特征，對(duì)于含裂隙巖體的研究多通過(guò)人工預(yù)制裂隙的手段。含裂隙試樣的制作主要分兩類(lèi)：一類(lèi)是利用工具(如銑刀、線鋸、高壓水射流等)在巖石試塊上直接開(kāi)鑿預(yù)制裂隙，但是由于這些工具開(kāi)鑿能力的限制，以及巖石因內(nèi)部復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)所造成其力學(xué)性質(zhì)的差異性，往往導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較大的離散型；另一類(lèi)是通過(guò)巖石類(lèi)相似材料(石膏、混凝土等)，直接澆筑含預(yù)制裂紋的試樣，該方法一定程度上克服了試樣本身的離散性，但是仍然不可避免因澆筑過(guò)程中人工帶來(lái)的誤差。

　　來(lái)自中科院武漢巖土力學(xué)研究所的江權(quán)博士和東北大學(xué)的宋磊博考慮到3D 打印(3D Printing，3DP)技術(shù)可以便捷地制作含復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體，將3DP 技術(shù)引入到巖體/巖石力學(xué)試驗(yàn)的研究中。

　　3DP 技術(shù)在巖體力學(xué)與工程中的應(yīng)用

　　研究以粉末性石膏為打印材料制作了含內(nèi)部多孔洞結(jié)構(gòu)和預(yù)制裂隙結(jié)構(gòu)的模型試樣，力學(xué)試驗(yàn)表明，這2 種打印試樣的變形特征、破壞特征、強(qiáng)度特征以及裂隙擴(kuò)展過(guò)程與巖石類(lèi)材料較為一致；利用粉末性石膏和PLA材料為打印材料，制作出了含單斷層和含錨桿襯砌支護(hù)工程的隧道物理模型，試驗(yàn)證明了斷層的存在降低了隧道的穩(wěn)定性，而錨桿襯砌支護(hù)系統(tǒng)可以有效地提高洞室的承載能力，而且3DP 隧道模型的變形破壞過(guò)程與其他巖石類(lèi)材料的物理模型試驗(yàn)結(jié)果和工程現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)現(xiàn)象較為一致。

　　研究進(jìn)一步將3D 光學(xué)面掃描技術(shù)和3DP 技術(shù)相結(jié)合建立一種含自然節(jié)理面模型的制作方法，試驗(yàn)測(cè)試表明該方法能夠較好地復(fù)制出節(jié)理面的形貌特征，并且試樣的剪切力學(xué)性質(zhì)和破壞特征具有很好的穩(wěn)定性和一致性。

　　最后，研究人員指出若想將3D 打印技術(shù)真正成熟地大范圍運(yùn)用到巖石/巖體力學(xué)的研究中，還需要解決打印材料、打印尺寸、打印功能、打印模型致密度的限制等問(wèn)題。

　　這項(xiàng)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北省杰出青年基金的資金支持。