传统的制备煤岩单体及组合体试样的方式主要通过现场取样或相似材料模具浇筑进行制备,原生煤岩单体因内部缺陷结构不同难以开展重复性试验,模具浇筑因人工制备难、工序时间长、精度低等造成实验与理论难以相互验证。3D打印技术因具有成型周期短、精度高并且能够个性化设计成型等特点成为近年来研究的热点,开发适用于模拟煤岩体的3D打印材料并对较为复杂的力学试验进行分析和验证,具有一定的理论意义和实用价值。论文首先通过调研及室内试验,寻找到了适合模拟脆性硬岩和软煤的的两种3D打印材料。随后,利用此两种材料制备了不同尺寸的单体和不同厚度比例的组合体试样,通过单轴压缩试验并结合理论分析手段得出结论:光敏树脂Vero White Plus材料和覆膜砂可分别作为模拟高强度脆性硬岩和低强度软煤的3D打印材料;覆膜砂单体试样的单轴力学特性存在与天然岩石类似的尺寸效应;不同厚度比例的3D打印类煤岩组合体试样的强度差异,源于覆膜砂的尺寸变化;进而推断出组合体的单轴抗压强度事实上就是多种介质中强度最低的介质的单轴抗压强度,组合体试样的试验测得的单轴抗压强度的结果需要考虑低强度介质的尺寸效应。组合体试样的弹性模量与各单体的弹性模量及其体积占比相关,可用Reuss等效弹性模量公式预测;Vero White Plus树脂、压力机、覆膜砂三者的刚度差异导致组合体试样峰后特征形成类似静负载现象;组合体试样破坏方式主要取决于低强度部分的厚度尺寸;最后,制备了含不同倾角单结构面的覆膜砂类煤单体通过单轴压缩试验配合声发射监测系统发现,覆膜砂3D打印工艺制备的单结构面可有效影响试样力学特性,贯穿型60°单结构面对类煤单体力学特性影响最大,符合耶格的单结构面岩体强度理论曲线整体特征。论文结合3D打印模拟煤岩体材料力学试验,对煤岩单体相关的试验理论进行了验证,对煤岩组合体试样相关理论进行了补充,进一步推动了3D打印技术在岩石力学试验中的应用。该论文有图57幅,表12个,参考文献65篇。