一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法技术

本发明专利技术提出了一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，利用计算机辅助建模和3D打印技术，模拟几何要素影响下的多个岩体节理网络分布，获得多个含有不同节理网络的3D打印模型，同时对复制模型和天然岩体试样进行相同的物理力学试验并获取力学参数值，获得复制模型与天然岩体试样的力学参数对应函数关系，从而可以根据打印模型的试验数据推算天然岩体的力学参数值，进而对比分析不同几何参数影响下含节理网络岩体的力学性质变化，本发明专利技术的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，无需对天然岩体进行大量试验，即可确定各几何要素对含节理网络岩体力学性质的影响程度，理清各几何要素对岩体节理网络力学性质的影响机理。的影响机理。的影响机理。

【技术实现步骤摘要】
一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法


[0001]本专利技术涉及含节理网络岩体力学领域，尤其涉及一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法。

技术介绍

[0002]受地壳运动、风化等地质作用以及人类活动影响，岩体受力后发生破裂形成错综复杂的节理网络。岩体中节理网络的存在显著影响岩石的力学性质，降低岩体的稳定性，且节理网络往往会在工程活动中发生扩展，严重威胁工程建设和生命财产安全。因此，对含节理网络的岩体力学性质的研究变得十分必要。
[0003]现实中获得大量的含有节理网络的天然岩体的工程量巨大且十分困难，限制了对天然岩体进行大量试验，以致较难对岩体节理网络的几何影响开展研究。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，通过计算机建模软件设计出不同几何条件下的岩体节理网络数字模型，利用3D打印技术将数字模型转化为节理网络模型实体，可获取不同几何分布模式下的岩体节理网络模型，进而获取不同几何参数下的岩体节理网络的力学性质，可对几何影响进行充分分析。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]S1，选取一种岩体随机节理网络几何要素，选取该几何要素的概率分布模型，设置不同的分布参数值，模拟岩体节理网络；
[0007]S2，利用计算机建模软件，根据步骤S1中的不同节理网络分布，建立基于该几何要素的多个含节理网络的三维数字模型以用于3D打印，对建立完成的节理网络三维数字模型进行切片处理，并将其保存为3D打印设备支持使用的文件格式；
[0008]S3，根据试验需求和试验条件，选择对应的3D打印材料和打印设备，将切片完成后的文件传输到3D打印设备中，设置打印参数并进行3D打印工作，获得基于该几何要素的多个不同节理网络打印模型，并将其养护成型；
[0009]S4，采样含有节理网络的天然岩体试样，采用与步骤S3相同的打印材料和打印设备复制该天然岩体的节理网络，得到复制模型，对复制模型和天然岩体试样进行相同的物理力学试验并获取力学参数值，获得复制模型与天然岩体试样的力学参数对应函数关系，建立复制模型与天然岩体试样力学参数的对应函数关系，不同力学参数具有各自的函数关系；
[0010]S5，对打印模型进行各种物理力学试验，获得打印模型的力学参数值，通过步骤S4所确定的函数关系，推算打印模型对应含节理网络的天然岩体的力学参数值，结合模型破坏过程，分析该几何要素对含节理网络的岩体力学性质的影响程度；
[0011]S6，重复步骤S1至S5，对其他的几何要素分别进行研究，分析各几何要素对含节理
网络岩体力学性质的影响程度，判识主要几何影响要素，理清各几何要素对岩体节理网络力学性质的影响机理。
[0012]在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S1中，岩体随机节理网络的几何要素包括但不限于节理产状、节理隙宽、节理尺寸、节理密度及节理粗糙度，研究一种几何要素对含有节理网络的岩体力学性质的影响时，需保持岩体内的其他几何要素不变或其变化不影响岩体的力学性质。
[0013]在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S1中，可选择根据实际岩体节理网络进行测量和统计所得的概率分布模型，也可选择概率分布函数，概率分布函数包括但不限于均匀分布、正态分布、对数正态分布、柯西分布、指数分布、学生分布、χ2分布、t分布、F分布、Γ分布及β分布，选择适宜的概率分布模型以贴近真实的节理网络分布，通过设置概率分布模型的不同参数值模拟不同节理网络。
[0014]在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S2中，所述三维数字模型的空间形状可为圆柱体、正方体、长方体或球体。
[0015]在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S3中，所述打印材料包括但不限于光敏树脂、PLA聚乳酸、ABS塑料、金属陶瓷、水泥、石膏及高分子复合材料。
[0016]在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S4及S5中，所述物理力学试验包括但不限于压缩试验及声波测试。
[0017]更进一步优选的，所述压缩试验包括单轴压缩试验及三轴压缩试验。
[0018]更进一步优选的，所述压缩试验与声波发射试验同步进行。
[0019]在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S4中，对于不同的力学参数，复制模型与天然岩体试样呈现出不同的函数对应关系，力学参数包括但不限于抗压强度、内聚力、内摩擦角及抗剪强度，函数关系包括但不限于一次函数、二次函数、指数函数、对数函数、幂函数、反比例函数及复合函数。
[0020]更进一步优选的，步骤S5中，分析几何要素对含节理网络的岩体力学性质的影响程度的具体过程为，观察打印模型的破坏过程，记录破坏过程出现的现象，并对破坏后的模型进行描述，分析该几何要素影响下的随机节理网络模型的破坏特征，获得随机节理网络岩体的应力
‑
应变曲线，将不同概率分布下的节理网络模型的力学参数值与模型破坏特征相结合，分析该几何要素对含有节理网络的岩体力学性质的影响程度。
[0021]本专利技术的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0022](1)本专利技术的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，利用计算机辅助建模和3D打印技术，能够模拟几何要素影响下的多个岩体节理网络分布，获得多个含有不同节理网络的3D打印模型，从而能够对含有节理网络的岩体进行多种物理力学试验，克服了现阶段无法对岩体节理网络几何影响进行大规模、系统化研究的弊端；
[0023](2)本专利技术的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，通过获得复制模型与天然岩体试样力学参数的对应函数关系，从而可以根据打印模型的试验数据推算天然岩体的力学参数值，进而对比分析不同几何参数影响下含节理网络岩体的力学性质变化，对含节理网络岩体力学参数的几何影响进行充分研究；
[0024](3)本专利技术提供的含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，能够确定各几
何要素对含节理网络岩体力学性质的影响程度，判识主要几何影响要素，理清各几何要素对岩体节理网络力学性质的影响机理，对岩体力学的研究和发展具有重要意义。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0026]图1为本专利技术的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法的流程示意图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，选取一种岩体随机节理网络几何要素，选取该几何要素的概率分布模型，设置不同的分布参数值，模拟岩体节理网络；S2，利用计算机建模软件，根据步骤S1中的不同节理网络分布，建立基于该几何要素的多个含节理网络的三维数字模型以用于3D打印，对建立完成的节理网络三维数字模型进行切片处理，并将其保存为3D打印设备支持使用的文件格式；S3，根据试验需求和试验条件，选择对应的3D打印材料和打印设备，将切片完成后的文件传输到3D打印设备中，设置打印参数并进行3D打印工作，获得基于该几何要素的多个不同节理网络打印模型，并将其养护成型；S4，采样含有节理网络的天然岩体试样，采用与步骤S3相同的打印材料和打印设备复制该天然岩体的节理网络，得到复制模型，对复制模型和天然岩体试样进行相同的物理力学试验并获取力学参数值，获得复制模型与天然岩体试样的力学参数对应函数关系，建立复制模型与天然岩体试样力学参数的对应函数关系，不同力学参数具有各自的函数关系；S5，对打印模型进行各种物理力学试验，获得打印模型的力学参数值，通过步骤S4所确定的函数关系，推算打印模型对应含节理网络的天然岩体的力学参数值，结合模型破坏过程，分析该几何要素对含节理网络的岩体力学性质的影响程度；S6，重复步骤S1至S5，对其他的几何要素分别进行研究，分析各几何要素对含节理网络岩体力学性质的影响程度，判识主要几何影响要素，理清各几何要素对岩体节理网络力学性质的影响机理。2.如权利要求1所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于：步骤S1中，岩体随机节理网络的几何要素包括但不限于节理产状、节理隙宽、节理尺寸、节理密度及节理粗糙度，研究一种几何要素对含有节理网络的岩体力学性质的影响时，需保持岩体内的其他几何要素不变或其变化不影响岩体的力学性质。3.如权利要求1所述的一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法，其特征在于：步骤S1中，可选择根据实际岩体节理网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄磊，曹桂乾，张奇华，张庆宇，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：