基于3D打印的结构面重构方法与剪切机理研究

摘要

本文为了研究结构面表面形态与结构面抗剪强度的关系，利用白光扫描仪器、3D打印机和超细石英砂和快凝水泥得到了结构面形态和强度一致的剪切试验模型，通过对结构面耦合试样重复制作方法、等间距点云数据获取方法、结构面局部破坏区域精确描述方法、三个法向压力作用下结构面变形特征等方面的研究，得到的结论如下：
　　1、利用三维白光扫描仪器得到含自然岩体结构面的点云数据可以制作出含结构面的三维虚拟模型。采用3D打印技术利用PLA材料可以制作出含结构面的打印模型，用相似材料将打印模型放入到制样盒内可以重复制作完全一致的含结构面的剪切耦合试样，通过对三维虚拟模型、打印模型和剪切试样模型的中心线平均高度对制样精度进行了比较，证明了此种重复制作含结构面耦合剪切试样的方法是可靠的。
　　2、为了得到等间距点云数据对结构面特征进行分析，提出了两种插值方法对点云数据进行插值并比较了两种方法，决定采用三角化网格化插值的方法得到等间距点云数据，分析了12种插值方法的优劣，最终决定采用局部多项式法得到结构面的等间距点云数据。
　　3、参考数学中微积分的思想，将结构面划分为若干边界投影长度完全一致的正方形微元，每个微元的三维参数即代表该区域的参数，通过实例进行了验证表明这种方法描述结构面破坏的方法具有较高的准确性。
　　4、根据所选不同法向压力作用下三条取样曲线剪切前后变化情况，分析了结构面剪切破坏模型，得到了结构面剪切强度公式。

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目录

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及研究方法

1.4 技术路线

2 含自然岩体结构面剪切试样制作

2.1 引言

2.2 岩石自然结构面的三维形态测量方法

2.3 自然结构面形貌的三维重构与虚拟试样制作

2.4 自然结构面磨具的3D打印与试样制作

2.5重构结构面形态误差分析

2.6 结构面剪切试验验证

2.7 小结

3 结构面点云数据获取及破坏情况描述

3.1 引言

3.2 等间距点云数据的获取方法

3.3插值原理

3.4不规则边界结构面等间距点云数据

3.5 插值间距的选择和插值方法选择

3.6精确描述结构面破坏情况的方法

3.7 方法验证

3.8 本章小结

4、结构面剪切机理研究

4.1 引言

4.2剪切试验

4.3 结构面破坏前后数据处理方法

4.4 结构面剪切机理

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 不足与展望

参考文献

作者简历

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