本發明屬于巖土加固，特別涉及基于3d打印結構面的纖維增強地聚物砂漿注漿加固方法。

背景技術：

1、近年來，我國地下工程逐漸向深部發展。深部工程開挖過程中破碎巖體多，且巖體內部存在大量的節理、裂隙，嚴重影響巖體的連續性和完整性，導致巖體的強度和整體穩定性降低。結構面的力學特性決定著整個裂隙巖體的力學特性。工程中裂隙巖體受外界因素發生變形破壞一般是沿結構面發生剪切破壞以及裂隙的擴張和貫通。因此，對結構面進行加固，使整體巖體更加穩定，顯得尤為重要。

2、目前，采用注漿材料對巖體結構面進行注漿加固是增強巖體強度和整體穩定性常用且有效的方法，并且已經在巖土工程的各個領域得到了廣泛應用。然而目前研究中對結構面注漿加固多采用水泥基材料，水泥基材料造價低廉、抗高壓、耐久性強，是應用最為廣泛的建筑材料之一。如專利號為202111491044.5，專利名稱為用于深地工程圍巖加固的木質納米纖維素-納米水泥改性注漿材料及其制備方法。其中采用木質納米纖維素增強水泥基復合材料，雖然大大提高了水泥基材料的力學性能，解決了水泥基材料在小孔隙地層中可注性差的問題，但水泥漿液早期強度不足、穩定性差，初凝與終凝時間長，且水泥漿液的高碳排放以及高耗能對環境造成了很大的污染。與傳統水泥基材相比，地聚物材料制作簡單，綠色環保，且力學性能優于水泥，已經被廣泛應用于注漿加固材料。如專利號為cn202210049686.8，專利名稱為一種適用于軟弱圍巖加固的粉煤灰地聚物注漿材料。其中采用粉煤灰與其他輔助性膠凝材料混合制備地聚物注漿材料，雖然解決了傳統水泥基注漿材料早期強度不足、穩定性差的問題，但是地聚物材料本身存在脆性較大，韌性差的問題。為了改善地聚物材料的性能需要將其注漿充填結構面進行結構面剪切特性的研究，然而人工預制劈裂得到的原巖結構面并不完全相同，在試驗過程中會產生一定誤差，不能反映真實裂隙形貌特征的結構面，進而影響實際工程中的結構面注漿加固效果。

技術實現思路

1、針對上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種基于3d打印結構面的纖維增強地聚物砂漿注漿加固方法，該方法是基于3d打印制備反映真實裂隙形貌特征的結構面，并制備玄武巖纖維增強地聚物砂漿，通過玄武巖纖維增強地聚物砂漿對結構面進行注漿加固，加固后進行剪切試驗并分析結構面破壞特征，使其為實際工程中的結構面注漿加固提供指導。

2、為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

3、本發明給出的第一種實現方案是提供一種基于3d打印結構面的纖維增強地聚物砂漿注漿加固方法，包括如下步驟：

4、配置玄武巖纖維增強地聚物砂漿；

5、基于3d打印的結構面制備；

6、將玄武巖纖維增強地聚物砂漿注漿至結構面中，玄武巖纖維增強地聚物砂漿固化后對其放置養護箱內進行養護，為保證注漿效果，玄武巖纖維增強地聚物砂漿注漿應在該漿液配置完成后半小時內完成，得到地聚物砂漿注漿加固結構面。

7、優選地，所述玄武巖纖維增強地聚物砂漿由以下原料制備而成：

8、基體材料、堿激發劑、水和玄武巖纖維，其中基體材料為粉煤灰、礦渣和石英砂，該基體材料與水的水膠比為0.48~0.52；堿激發劑為水玻璃和氧化鈉，該堿激發劑模數為1.0~1.4；堿激發劑的質量摻量為4%～8%，該質量摻量為堿激發劑中氧化鈉的質量與基體材料中粉煤灰和礦渣的總質量的比值；

9、玄武巖纖維與地聚物砂漿的摻量體積百分比為0.2%～0.6%，玄武巖纖維長度為3mm～6mm，其中地聚物砂漿由基體材料和堿激發劑混合后制得；

10、玄武巖纖維長度過短會造成混凝土間隙率增大，聚集不良，拌合不均等現象，導致強度降低。而玄武巖纖維長度過長則會導致纖維排列不均勻，纖維綁現象及其他不良影響，使混凝土強度下降。因此、在實際施工中，應根據混凝土的所在部位和使用環境，選擇適當的玄武巖纖維長度，進行控制。

11、優選地，所述玄武巖纖維增強的聚物砂漿的配置方法，包括如下步驟：

12、根據堿激發劑的質量摻量、水灰比和水玻璃模數為控制因素設計正交試驗，比較配比下試樣的流變性和力學特性，結合施工現場對地聚物砂漿的漿液可注性要求，獲得地聚物砂漿配比；

13、將玄武巖纖維進行堿侵蝕改良，獲得堿侵蝕玄武巖纖維，具體的堿侵蝕改良方法為：玄武巖纖維在電熱鼓風箱中250℃條件下烘干1h以去除其表面的有機浸潤劑，烘干后置于1mol/l的氫氧化鈉溶液中，先用玻璃棒攪拌5min再浸泡25min，撈出后使用蒸餾水洗滌至中性，在電熱鼓風箱中250℃條件下烘干1h，即獲得堿浸蝕玄武巖纖維；

14、將根據該配比制成的地聚物砂漿中摻入堿侵蝕玄武巖纖維制備玄武巖纖維增強地聚物砂漿，比較多種玄武巖纖維增強地聚物砂漿的流變性和力學特性，結合施工現場對玄武巖纖維增強地聚物砂漿漿液可注性的要求，選出玄武巖纖維增強地聚物砂漿最佳配比。

15、優選地，基于3d打印的結構面制備方法，包括如下步驟：

16、原巖獲取；

17、原巖劈裂并挑選位置居中、形態完整的結構面；

18、采用三維掃描技術對原巖的結構面建模并計算結構面粗糙度系數，此處的結構面粗糙度系數的計算采用現有技術所給出的方法進行計算；

19、根據所獲得的結構面粗糙度系數采用3d打印制備結構面面板；

20、將結構面面板放入定制模具內進行試樣澆筑，澆筑后脫模得到試樣下盤，再將下盤放入模具，根據試樣下盤澆筑試樣上盤，同時根據裂隙開度控制澆筑高度脫模并養護，得到基于3d打印的結構面。

21、優選地，所述試樣澆筑材料由水泥、石英砂和水組成，其中水泥、石英砂和水的質量配比為1:1:0.4。

22、優選地，所述原巖采用花崗巖或大理巖，花崗巖的結構面粗糙度系數為6，大理巖的結構面粗糙度系數為9。

23、優選地，原巖的結構面是通過原巖劈裂裝置在原巖上切割劈裂得到，在劈裂時采用具有齒狀突起的夾具，齒狀突起位置對應線切割裂縫位置，方便在法向力作用下對原巖進行劈裂。

24、本發明給出的第二種實現方案是提供一種基于3d打印結構面的纖維增強地聚物砂漿注漿加固方法所制備的地聚物砂漿注漿加固結構面。

25、與現有技術相比，本發明的有益效果：

26、0、本發明通過在地聚物砂漿中添加玄武巖纖維制備玄武巖纖維增強地聚物砂漿，可有效改善現有地聚物本身存在的脆性較大，韌性差的問題；然后將制備得到的玄武巖纖維增強地聚物砂漿注漿至通過3d打印技術制備的結構面內，并對其結構面進行注漿加固，再加固后將得到的結構面進行剪切特性研究可解決人工預制劈裂得到的原巖結構面不完全相同，在試驗過程中導致試驗產生一定誤差，不能反映真實裂隙形貌特征的結構面的問題。在本發明給出的結構面進行剪切特性研究，可獲得結構面注漿加固效果，進而為實際工程中的注漿加固及玄武巖纖維增強地聚物砂漿的效果評價提供一定指導。

27、2、本發明采用3d打印技術重構原巖結構面，既最大程度上還原了結構面的形貌特征，又能在注漿加固試驗中重復使用結構面面板澆筑試樣，節約人力物力，降低經濟成本。且本方法適用于多種注漿材料的注漿試驗。

28、3、本發明還提供加固效果評價及結構面破壞特征分析步驟，得出最優玄武巖纖維增強地聚物砂漿試驗配比和結構面注漿加固影響因素的參數標準；并借助電鏡掃描技術分析界面過渡區的連接方式。