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3D打印岩体试样

更新时间: 2024-10-23 12:00:07  查看次数: 195    
3D 打印技术做出来的各个标准圆柱体岩体试样质量都很接近。在没进行加温之前,每个试样质量都在 272 克到 274 克之间,这在一定程度上说明 3D 打印技术能很精确地做出完全一样的试样。把 3D 打印的标准圆柱体岩体试样放到高温炉里加热两小时后,试样都有一些质量损失,但损失得很少。能发现不同温度作用后 3D 打印标准圆柱体岩体试样的质量损失规律:温度越高,3D 打印标准圆柱体岩体试样的质量损失率就越大。初步分析是因为试样里的水和胶在不同温度下蒸发的程度不一样。试验设置的加载速度比较慢,试样整体破坏的时间比较长,加载过程中能清楚地看到试样的破坏过程。结合应力应变曲线,可以研究不同温度作用后的 3D 打印标准圆柱体岩体试样在单轴压缩荷载下的损伤破坏特征。不同温度作用后发生典型破坏的 3D 打印标准圆柱体岩体试样的应力应变曲线可以看出,试样的破坏过程和破坏特征比较一致,都是在轴向荷载下经历了压密阶段、线弹性阶段、破坏阶段,脆性很明显,这和天然岩体的破坏特征很像。
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从 WDW 电子万能试验机的上承压板碰到 3D 打印标准圆柱体岩体试样的上表面开始,试验机显示器上显示的压力从 0 牛开始慢慢均匀地增长,这时候位移持续均匀增大,但试验力增长很慢,甚至在一小段位移变化里都不增长,应力应变曲线是“凹”型的。分析原因是:3D 打印标准圆柱体岩体试样虽然比较均匀,没有裂隙、节理这些缺陷,但还是不可避免地有微孔洞。一方面是因为胶水喷的量不够完全填满 GS19 砂颗粒之间的空隙,另一方面是因为呋喃树脂胶的硬度比较低,远远比不上 GS19 砂的硬度。所以在试验刚开始的时候,荷载主要是把 3D 打印标准圆柱体岩体试样内部的空隙压密了,还把胶水在轴向上压缩了。这个过程中试样表面没有明显变化。
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加载一段时间后,试验力随着位移快速增大,应力应变曲线变成一条快速上升的直线,3D 打印标准圆柱体岩体试样开始从侧面底端或侧面顶端出现细小的微裂纹,这个微裂纹随着试验力增大沿着轴向不断扩展,扩展速度也是从慢到快。这时候,3D 打印标准圆柱体岩体试样内部的微小空隙和胶水基本被压密了,GS19 砂颗粒之间除了靠胶水粘接,也靠相互挤压摩擦来阻止颗粒错动。试样的轴向应力和轴向应变差不多服从线性关系,试样进入弹性变形阶段,这个过程持续的时间比较长。等裂纹快扩展到试样中部的时候,试样突然整体贯通破坏,还伴随着清脆的爆裂声,这时候试验力达到最大值然后迅速变成 0 牛,应力应变曲线是“断崖形”,说明试验发生脆性破坏的瞬间,压力机的上承压板和 3D 打印岩体试样的上表面不再接触了。