This study presents the experimental results of the mechanical characterization of artificial rock joints constructed by 3D-printing (3DP). The mechanical behavior of rock masses is controlled by the presence of joints. Understanding the mechanical behavior of rock joints is essential to predict their influence on a rock mass. The application of innovative 3DP technology in rock mechanics to model artificial rock-like joints allows strict control of joint geometry (orientation, roughness, number of rock bridges, etc.), and thus of its mechanical behavior. The 3DP technology used in this work is selective laser sintering, and the material is Polyamide 12. Geometric characterization shows that this technology gives high dimensional precision for details smaller than 0.4 mm. More than 30 discontinuous samples were printed to investigate the global mechanical properties of a joint relative to its geometric features including Young’s Modulus ( E ), shear stiffness ( k s ), cohesion ( c j ), friction angle ( φ j ) and dilation (i). The results show that the number of rock bridges ( N rb ) and the roughness significantly influence the mechanical properties. A failure criterion that considers these parameters is proposed. These 3D-printed joints can be used in physical modeling of rock mass to understand the influence of the fractures on its stability by applying scaling laws. The application of scale factors to the experimental results shows the possibility of representing actual rocks with artificial 3DP joints.

中文翻译：

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用于岩体缩小模型的 3D 打印聚酰胺 12 接头的机械性能研究

本研究展示了通过 3D 打印 (3DP) 构建的人造岩石节理的力学特性的实验结果。岩体的力学行为受节理的控制。了解岩石节理的力学行为对于预测它们对岩体的影响至关重要。在岩石力学中应用创新的 3DP 技术来模拟人工类岩石节理，可以严格控制节理几何形状（方向、粗糙度、岩石桥的数量等），从而控制其力学行为。这项工作中使用的 3DP 技术是选择性激光烧结，材料是聚酰胺 12。几何表征表明，该技术对小于 0.4 毫米的细节具有很高的尺寸精度。打印了 30 多个不连续样品，以研究与其几何特征相关的关节的整体机械性能，包括杨氏模量 (E)、剪切刚度 (ks)、内聚力 (cj)、摩擦角 (φj) 和膨胀 (i) . 结果表明，岩桥数量（N rb ）和粗糙度对力学性能有显着影响。提出了考虑这些参数的失效准则。这些 3D 打印接头可用于岩体的物理建模，通过应用缩放定律来了解裂缝对其稳定性的影响。将比例因子应用于实验结果显示了用人工 3DP 节理表示实际岩石的可能性。剪切刚度 (ks)、内聚力 (cj)、摩擦角 (φj) 和膨胀 (i)。结果表明，岩桥数量（N rb ）和粗糙度对力学性能有显着影响。提出了考虑这些参数的失效准则。这些 3D 打印接头可用于岩体的物理建模，通过应用缩放定律来了解裂缝对其稳定性的影响。将比例因子应用于实验结果显示了用人工 3DP 节理表示实际岩石的可能性。剪切刚度 (ks)、内聚力 (cj)、摩擦角 (φj) 和膨胀 (i)。结果表明，岩桥数量（N rb ）和粗糙度对力学性能有显着影响。提出了考虑这些参数的失效准则。这些 3D 打印接头可用于岩体的物理建模，通过应用缩放定律来了解裂缝对其稳定性的影响。将比例因子应用于实验结果显示了用人工 3DP 节理表示实际岩石的可能性。这些 3D 打印接头可用于岩体的物理建模，通过应用缩放定律来了解裂缝对其稳定性的影响。将比例因子应用于实验结果显示了用人工 3DP 节理表示实际岩石的可能性。这些 3D 打印接头可用于岩体的物理建模，通过应用缩放定律来了解裂缝对其稳定性的影响。将比例因子应用于实验结果显示了用人工 3DP 节理表示实际岩石的可能性。