一种岩土试验模具制作方法

1.本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种岩土试验模具制作方法。


背景技术：

2.岩土体的渗流特性是岩土工程领域必须考虑在内的特性，室内试验是研究岩土体渗流特性的主流方法之一，在高渗透压加载条件下的试验中，由于渗流试验所用仪器内壁一般相对光滑，与试样内部颗粒相比，试验岩土体与仪器内壁的接触形式完全不同，水流容易在仪器内侧壁形成优势渗流通道造成边壁效应，从而影响试验结果甚至导致试验失败，因此解决边壁效应是渗流试验成功的关键。
3.目前，解决边壁效应的方法有施加围压和往仪器内壁涂抹介质。第一种方法施加围压进行渗流试验，需要渗流试验设备支持围压加载，这相对来说门槛更高。第二种方法是往仪器内壁涂抹相关介质，这种方法操作困难，且效果不稳定，有一定误差。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种岩土试验模具制作方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种岩土试验模具制作方法，包括如下步骤：
7.包括如下步骤：
8.使用逐次随机增加法sra算法计算岩土渗流实验用模具粗糙度的分形曲线；
9.对所述分形曲线进行三维建模得到三维模型；
10.使用3d打印技术打印所述三维模型，得到岩土体渗流实验用模具。
11.优选的，所述sra算法的计算过程为：
12.假设生成的分数布朗运动曲线fbm曲线上共有2n 1个点，曲线上两个距离为l的端点，l初始值为0，将服从高斯分布的随机数赋值到两端点上，其中，表示平均值为0、方差为的高斯随机数生成器；
13.在赋值后得到的所述两端点的中点进行线性插值，得到第一中点；
14.对所述第一中点和所有其他点赋服从高斯分布的随机数增量：
[0015][0016]
并在所述第一中点和两端点的中点进行线性插值，得到两个第二中点，式中，h为hurst指数；
[0017]
对所述第二中点和所有其他点赋服从高斯分布的随机数增量：
[0018]
[0019]
直至第n次插值，此时，fbm曲线上共有2n 1个点；
[0020]
再向现有点赋服从高斯分布的随机数增量：
[0021][0022]
式中，nm是一个无限大的数字，因此，σ
nm
/σ0忽略不计。
[0023]
优选的，所述分形曲线通过matlab软件生成。
[0024]
优选的，所述三维模型是基于matlab生成的分形曲线并通过solidworks软件建模生成。
[0025]
优选的，所述岩土体渗流实验用模具为具有粗糙内壁的中空圆筒形结构。
[0026]
优选的，所述hurst指数为粗糙度的量化指标。
[0027]
优选的，所述hurst指数的变化范围为取值范围0～1。
[0028]
本发明提供的岩土试验模具制作方法具有以下有益效果：
[0029]
本发明通过数学算法及三维建模得到了一种能够量化粗糙度的模具，从而解决了在进行岩土体的渗流特性试验时产生边壁效应问题，提高了试验结果的精确度，且使用该方法进行岩土体的渗流特性试验操作简单，效果稳定，模具尺寸基本不受限制，为岩土工程研究解决边壁效应提供了一个新的思路。
附图说明
[0030]
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]
图1为本发明的技术路线图；
[0032]
图2为sra算法生成的以hurst指数(h)量化不同粗糙度的分形曲线图；
[0033]
图3为h＝0.4的3d建模草图；
[0034]
图4为以h＝0.4分形曲线为基础的3d建模剖面图；
[0035]
图5为通过3d打印技术得到的具有粗糙度内壁的模具图。
具体实施方式
[0036]
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0037]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0038]
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应
作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。
[0039]
实施例
[0040]
本发明提供了一种岩土试验模具制作方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0041]
步骤1：使用逐次随机增加法sra算法计算岩土渗流实验用模具粗糙度的分形曲线；
[0042]
首先，sra算法的具体计算过程为：
[0043]
假设生成的分数布朗运动曲线fbm曲线上共有2n 1个点，曲线上两个距离为l的端点，l初始值为0，将服从高斯分布的随机数赋值到两端点上，其中，表示平均值为0、方差为的高斯随机数生成器；
[0044]
在赋值后得到的两端点的中点进行线性插值，得到第一中点；
[0045]
对第一中点和所有其他点赋服从高斯分布的随机数增量：
[0046][0047]
并在第一中点和两端点的中点进行线性插值，得到两个第二中点，式中，h为hurst指数；
[0048]
对第二中点和所有其他点赋服从高斯分布的随机数增量：
[0049][0050]
直至第n次插值，此时，fbm曲线上共有2n 1个点；
[0051]
再向现有点赋服从高斯分布的随机数增量：
[0052][0053]
式中，nm是一个无限大的数字，因此，σ
nm
/σ0可以忽略不计。
[0054]
其次，用sra算法在matlab上生成不同hurst指数的分形曲线，如图2所示，从图2中不难看出，分形曲线的整体粗糙度随着hurst指数的增大而减小。
[0055]
步骤2：对分形曲线进行三维建模得到三维模型；
[0056]
在本实施例中，选择h＝0.4的分形曲线进行3d建模，具体为：将h＝0.4的分形曲线导入solidworks中，将分形曲线转换为实体之后，开始草图绘制，将曲线作为一边，画出一个矩形区域，再画出中心线，如图3所示，本实施例中分形曲线共有512个数据点，所以分形曲线长512mm，此长度可根据实际所需的模具大小进行比例缩放；选择旋转基体功能，此时矩形区域自动以中心线为轴，旋转一周，生成具有粗糙内壁的中空圆筒形模具，将侧面打孔以便于后续数据监测，3d模型剖面图如图4所示。
[0057]
步骤3：使用3d打印技术打印三维模型，得到岩土体渗流实验用模具，如图5所示。
[0058]
由以上描述可知，本发明通过数学算法及三维建模得到了一种能够量化粗糙度的模具，从而解决了在进行岩土体的渗流特性试验时产生边壁效应问题，提高了试验结果的精确度，且使用该方法进行岩土体的渗流特性试验操作简单，效果稳定，模具尺寸基本不受限制，为岩土工程研究解决边壁效应提供了一个新的思路
[0059]
以上实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。